RU2755526C1 - Method for obtaining powder of lithium cobalt oxide with alloyed structure and modified surface - Google Patents

Method for obtaining powder of lithium cobalt oxide with alloyed structure and modified surface Download PDF

Info

Publication number
RU2755526C1
RU2755526C1 RU2020144341A RU2020144341A RU2755526C1 RU 2755526 C1 RU2755526 C1 RU 2755526C1 RU 2020144341 A RU2020144341 A RU 2020144341A RU 2020144341 A RU2020144341 A RU 2020144341A RU 2755526 C1 RU2755526 C1 RU 2755526C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cobalt oxide
lithium
powder
licoo
annealing
Prior art date
Application number
RU2020144341A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Юрьевич Соломенцев
Вадим Викторович Новиков
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью «Рэнера» (Ооо "Рэнера")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью «Рэнера» (Ооо "Рэнера") filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью «Рэнера» (Ооо "Рэнера")
Priority to RU2020144341A priority Critical patent/RU2755526C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2755526C1 publication Critical patent/RU2755526C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

FIELD: inorganic chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to inorganic chemistry, in particular to the field of obtaining a powder of lithium cobalt oxide (LiCoO2) used as a cathode material for lithium-ion batteries. In the method for producing lithium cobalt oxide, which includes mixing the initial components of lithium salts, cobalt oxide and additives, annealing in the furnace in two stages, after the first stage, the resulting charge is mixed and annealed again with subsequent cooling. According to the invention, one or more alloying additives of nanostructured thermally decomposable compounds based on salts or hydroxides of metals Mg, Al, Ti with a decomposition temperature below 660°C in the atomic ratio of metal to Co up to 0.07 are introduced into the mixture of the initial components of lithium salts, cobalt oxide, the mixture is subjected to dispersion using a mechanochemical activator at a specific power of 5-30 W/g, for 2.0-10 minutes, the initial components of lithium salts and cobalt oxide are taken in molar ratio Li:Co = (1.0-1.02):1.0.
EFFECT: reduction in the degree of degradation of the specific discharge capacity.
2 cl, 3 dwg, 12 ex, 4 tbl

Description

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к области получения порошка литированного оксида кобальта (LiCoO2), используемого в качестве катодного материала для литий-ионных аккумуляторов.The invention relates to inorganic chemistry, in particular to the field of obtaining powder of lithiated cobalt oxide (LiCoO 2 ) used as a cathode material for lithium-ion batteries.

Одним из самых значимых достижений современной электрохимии за последние 25 лет являются разработка и промышленное освоение портативных перезаряжаемых литий ионных аккумуляторов (ЛИА). Они стали основными источниками питания для переносных электронных устройств (ноутбуки, видео- и фотокамеры, мобильные телефоны, смартфоны, спецтехника и т.д.). По разным данным около (70 - 90) % ЛИА в мире укомплектованы литий-кобальт-оксидными катодными материалами. Этот факт объясняет наличие значительного числа патентов и публикаций на литий-кобальт-оксидный материал и особенно на способы его получения.One of the most significant achievements of modern electrochemistry over the past 25 years is the development and commercialization of portable rechargeable lithium-ion batteries (LIB). They have become the main power sources for portable electronic devices (laptops, video and cameras, mobile phones, smartphones, special equipment, etc.). According to various sources, about (70 - 90)% of LIB in the world are equipped with lithium-cobalt-oxide cathode materials. This fact explains the existence of a significant number of patents and publications on lithium-cobalt oxide material and especially on methods for its preparation.

В качестве электродных материалов в литий-ионных аккумуляторах используют соединения, способные обратимо интеркалировать ионы лития. Электролит, как правило - литиевая соль в органическом апротонном растворителе, а в качестве анода, как правило углеграфитовые или другие материалы. Литиевые аккумуляторы производят электрическую энергию в результате изменения химических потенциалов электродных материалов в процессе внедрения - переноса - извлечения ионов лития. Для использования в портативных электронных приборах наиболее приемлемы аккумуляторы со средним разрядным напряжением 3,7 В.Compounds capable of reversibly intercalating lithium ions are used as electrode materials in lithium-ion batteries. The electrolyte, as a rule, is a lithium salt in an organic aprotic solvent, and as an anode, as a rule, carbon-graphite or other materials. Lithium batteries generate electrical energy as a result of changes in the chemical potentials of electrode materials in the process of insertion - transfer - extraction of lithium ions. For use in portable electronic devices, batteries with an average discharge voltage of 3.7 V.

В качестве катода наиболее широкое распространение получил литированный оксид кобальта (кобальтит лития) LiCoO2, преимуществами которого являются: относительная простота синтеза, высокий потенциал разряда, способность циклировать при высоких плотностях тока и др. Недостатки литированного оксида кобальта заключаются в его токсичности, высокой стоимости и невысокой практической емкости (около половины от теоретической (274 мАч/г)). Последнее связано, с одной стороны со структурной нестабильностью при заряде выше 4,3 В по причине перехода из гексагональной структуры в моноклинную, а так же, - с побочными реакциями катодного материала с электролитом.The most widespread cathode is lithiated cobalt oxide (lithium cobaltite) LiCoO 2 , the advantages of which are: relative ease of synthesis, high discharge potential, ability to cycle at high current densities, etc. The disadvantages of lithiated cobalt oxide are its toxicity, high cost, and low practical capacity (about half of the theoretical (274 mAh / g)). The latter is connected, on the one hand, with structural instability at a charge above 4.3 V due to the transition from a hexagonal structure to a monoclinic one, as well as with side reactions of the cathode material with the electrolyte.

Технология и структура LiCoO2 были предметом многочисленных исследований, отработано несколько направлений получения литированного оксида кобальта, а именно: самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) в режиме горения (патент РФ№2183587 от 09.03.2000), известны низкотемпературные методы - "золь-гель" метод, в которых ключевым является использование водных растворов прекурсоров Li и Со или (в отдельных случаях) суспензий гидроксидов (оксидов) кобальта (US №5211933, заявл. 30.04.1992, US 5914094, Jun. 22, 1999), экстракционный (РФ №2199798, 16.02.2001) и другие способы. Недостатками указанных низкотемпературных методов являются необходимость удаления больших объемов жидких реагентов-растворителей, использование дорогих солей металлов.The technology and structure of LiCoO 2 have been the subject of numerous studies, several directions for obtaining lithiated cobalt oxide have been worked out, namely: self-propagating high-temperature synthesis (SHS) in combustion mode (RF patent No. 2183587 dated 09.03.2000), low-temperature methods are known - "sol-gel" a method in which the key is the use of aqueous solutions of Li and Co precursors or (in some cases) suspensions of cobalt hydroxides (oxides) (US No. 5211933, app. 30.04.1992, US 5914094, Jun. 22, 1999), extraction (RF No. 2199798, 16.02.2001) and other methods. The disadvantages of these low-temperature methods are the need to remove large volumes of liquid reagents-solvents, the use of expensive metal salts.

Наибольшее распространение в промышленности получил метод твердофазного синтеза с использованием сухих порошков соединений кобальта и лития. Одним из первых был опубликован способ получения твердофазным синтезом оксидных соединений типа LiCoО2 (A. Lundblad and B.Bergman. Synthesis of LiCoO2 - an alternative Material for MCFC Cathodes. - Proceedings of the 1-st International Symposium on NEW MATERIALS FOR FUEL CELL SYSTEMS, Montreal, Canada, July 9-13, 1995, p. 449-457), заключающийся в проведении высокотемпературной обработки смеси порошков по схеме: Li2СО3 + 2СоСО3 + 1/2O2 --> 2LiCoO2 + 3СО2.The most widespread in industry is the method of solid-phase synthesis using dry powders of cobalt and lithium compounds. One of the first published a method of obtaining solid-phase synthesis of oxide compounds of the type LiCoO 2 (A. Lundblad and B. Bergman. Synthesis of LiCoO 2 - an alternative Material for MCFC Cathodes. - Proceedings of the 1st International Symposium on NEW MATERIALS FOR FUEL CELL SYSTEMS, Montreal, Canada, July 9-13, 1995, p. 449-457), which consists in carrying out a high-temperature treatment of a mixture of powders according to the scheme: Li 2 CO 3 + 2CoCO 3 + 1 / 2O 2 -> 2LiCoO 2 + 3CO 2 ...

Процесс синтеза основан на высокотемпературных процессах спекания порошков при температуре 800-1000°С.The synthesis process is based on high-temperature sintering of powders at a temperature of 800-1000 ° C.

Известен способ синтеза литированного оксида кобальта высокотемпературной обработкой карбоната или гидроксида лития и оксида кобальта. Исходные материалы смешивают в мольном соотношении литий:кобальт=1:1, подвергают обжигу в печи при температуре 600-900°С в течение 20 часов. После охлаждения продукт измельчают в мельнице в среде этанола (Исследование электродов на основе кобальтитов лития для литиевых аккумуляторов / Л.С. Каневский, Т.С. Кулова, Е.А. Нижниковский и др.//Литиевые источники тока. Материалы 6 Международной конференции. Новочеркасск. 2000. с. 94-95).A known method of synthesizing lithiated cobalt oxide by high-temperature treatment of lithium carbonate or hydroxide and cobalt oxide. The starting materials are mixed in a molar ratio of lithium: cobalt = 1: 1, fired in an oven at a temperature of 600-900 ° C for 20 hours. After cooling, the product is ground in a mill in ethanol (Research of electrodes based on lithium cobaltites for lithium batteries / L.S.Kanevsky, T.S.Kulova, E.A. . Novocherkassk. 2000. p. 94-95).

Недостатками способа являются значительная энергоемкость процесса, заключающаяся в проведении процессов сушки полученной суспензии, а также использование пожаровзрывопасного этанола.The disadvantages of this method are the significant energy consumption of the process, which consists in carrying out the processes of drying the resulting suspension, as well as the use of fire-and-explosive ethanol.

Известен способ получения (ЕР 0838096, 22.08.2001) литий-кобальт-оксидного катодного материала, характеризующийся атомным отношением Co/Li=0.94-1.06 (т.е. он является оксидным соединением нестехиометрического состава) и состоит из частиц порошка с размерами от 5 до 25 мкм, в котором указанный оксид лития кобальта получают путем реакции Li2СО3 и Cо3O4. Оксид лития кобальта имеет степень кристалличности, так что полная ширина полувысоты 003 дифракционного пика в дифракции рентгеновских лучей с использованием CuKα лучей находится в диапазоне от 0,15° до 0,18°.A known method of obtaining (EP 0838096, 08.22.2001) lithium-cobalt-oxide cathode material, characterized by an atomic ratio of Co / Li = 0.94-1.06 (i.e., it is an oxide compound of non-stoichiometric composition) and consists of powder particles with sizes from 5 up to 25 microns, in which the specified lithium cobalt oxide is obtained by the reaction of Li 2 CO 3 and Co 3 O 4 . Cobalt lithium oxide has a degree of crystallinity such that the FWHM of the 003 diffraction peak in X-ray diffraction using CuKα rays is in the range from 0.15 ° to 0.18 °.

Достоинство способа заключается в возможности получения порошка литий-кобальт-оксидного катодного материала нужного фракционного состава высокой крупности до 25 мкм, а недостаток - низкие значения удельной емкости.The advantage of the method lies in the possibility of obtaining a powder of lithium-cobalt-oxide cathode material of the desired fractional composition of high particle size up to 25 microns, and the disadvantage is low values of the specific capacity.

Известен способ получения оксида лития-кобальта (патент US 6103213, 25.03.1997), включающий смешивание порошка оксида кобальта, имеющего удельную поверхность по БЭТ от 30 до 200 м2/г или средним размером частиц не более 0,1 мкм, с соединением лития; добавление воды к полученной смеси порошка оксида кобальта и соединения лития в количестве от 1 до 30% по массе в расчете на массу смеси; компрессионного формования смеси, чтобы образовать формованный продукт, имеющий плотность формовании 1,5 г/см3; а также прокаливание полученной смеси при температуре от 500 до 850°С. Такой способ получения частиц оксида лития-кобальта особенно ценен в качестве катодного активного вещества для литий-ионных батарей, потому, что частицы могут быть получены равномерные по составу путем прокаливания в течение короткого времени, и имеют узкое распределение частиц по размерам и однородный малый размер частиц. There is a known method of producing lithium-cobalt oxide (US patent 6103213, 25.03.1997), including mixing a powder of cobalt oxide having a BET specific surface area of 30 to 200 m 2 / g or an average particle size of not more than 0.1 μm, with a lithium compound ; adding water to the resulting mixture of cobalt oxide powder and lithium compound in an amount of 1 to 30% by weight based on the weight of the mixture; compression molding the mixture to form a molded product having a molding density of 1.5 g / cm 3 ; and also calcining the resulting mixture at a temperature from 500 to 850 ° C. This method of producing lithium cobalt oxide particles is especially valuable as a cathode active substance for lithium ion batteries because the particles can be obtained uniform in composition by calcining within a short time, and have a narrow particle size distribution and a uniform small particle size. ...

В патенте не раскрыта технология компрессионного формования и у материала, полученного данным способом, приведены низкие значения удельной энергии (менее 135 мАч/г).The patent does not disclose compression molding technology and the material obtained by this method has low specific energy values (less than 135 mAh / g).

В способе (Патент РФ 2311703 от 20.01.2006, опубликован 27.11.2007) смесь исходных компонентов порошков (Li2CO3+Co3O4) при атомном отношении Li/Co=1:1 предварительно подвергают механоактивации в течение 0,5-3,0 минут при величине удельной мощности, приходящейся на единицу массы исходных компонентов 7-9 Вт/г, соотношении массы исходных компонентов к массе активирующих тел составляет 1:3-1:8, нагрев исходных компонентов проводят со скоростью 150-350 град./час. Отжиг осуществляют при температуре 600-900°С, в течение 8-12 часов, а охлаждение проводят со скоростью 130-200 град./час, с последующим измельчением литированного оксида кобальта в среде инертного газа или осушенного воздуха. Техническим результатом изобретения является снижение степени деградации удельной разрядной емкости. In the method (RF Patent 2311703 dated 20.01.2006, published 27.11.2007), a mixture of the initial components of powders (Li 2 CO 3 + Co 3 O 4 ) with an atomic ratio Li / Co = 1: 1 is preliminarily subjected to mechanical activation for 0.5- 3.0 minutes at a specific power per unit mass of the starting components of 7-9 W / g, the ratio of the weight of the starting components to the mass of the activating bodies is 1: 3-1: 8, the heating of the starting components is carried out at a rate of 150-350 degrees. /hour. Annealing is carried out at a temperature of 600-900 ° C, for 8-12 hours, and cooling is carried out at a rate of 130-200 degrees / hour, followed by grinding lithiated cobalt oxide in an inert gas or dry air. The technical result of the invention is to reduce the degree of degradation of the specific discharge capacity.

Использование способа механоактивации позволяет интенсифицировать твердофазные реакции при формировании LiCoO2. К недостаткам способа следует отнести сложность управления процессом формирования морфологии поверхности, высокой крупности (более 10 мкм) порошка, что затрудняет воспроизводить получение порошкового материала с заданными характеристиками. Из-за развитой шероховатой поверхности, порошок LiCoO2 получается с низкой текучестью, что создает проблемы в промышленном (на автоматизированных линиях) производстве катода, а также возникает необходимость в использовании инертного газа или осушенного воздуха.The use of the mechanical activation method makes it possible to intensify solid-phase reactions during the formation of LiCoO 2 . The disadvantages of this method include the complexity of controlling the process of forming the surface morphology, high particle size (more than 10 microns) of the powder, which makes it difficult to reproduce the production of powder material with specified characteristics. Due to the developed rough surface, LiCoO 2 powder is obtained with low fluidity, which creates problems in the industrial (on automated lines) cathode production, and also there is a need to use an inert gas or dry air.

Во всех приведенных ранее примерах по твердофазному синтезу присутствуют общие недостатки (по данным приведенным в примерах) такие как: низкое значение показателя удельной разрядной емкости первого цикла не выше 137 мАч/г и значимые значения деградация после 8-10 циклов составляющие более 5-8 %. Последнее обстоятельство связано, с одной стороны, со структурной нестабильностью при заряде выше 4,3В в результате перехода из гексагональной структуры в моноклинную, а с другой с побочными реакциями катодного материала с электролитом.In all the above examples on solid-phase synthesis, there are general disadvantages (according to the data given in the examples), such as: a low value of the specific discharge capacity of the first cycle is not higher than 137 mAh / g and significant degradation values after 8-10 cycles constituting more than 5-8% ... The latter circumstance is associated, on the one hand, with structural instability at a charge above 4.3V as a result of the transition from a hexagonal structure to a monoclinic one, and, on the other hand, with side reactions of the cathode material with an electrolyte.

Для снижения значений падения удельной емкости (повышения Кулоновской эффективности) было предложено вводить в состав LiCoO2 легирующие добавки (допанты). Введение добавок приводит к стабилизации структуры LiCoO2 при повышенных температурах синтеза (900-1000°С).To reduce the values of the specific capacity drop (to increase the Coulomb efficiency), it was proposed to introduce dopants (dopants) into the LiCoO 2 composition. The introduction of additives leads to the stabilization of the structure of LiCoO 2 at elevated synthesis temperatures (900-1000 ° C).

Процесс электрохимической интеркаляции-деинтеркаляции (внедрения-выхода) ионов лития в структуру LiCoO2 сопровождается деформацией его кристаллической структуры, вызывая ее частичное разрушение. Следствием этого является снижение удельной емкости материала в процессе циклирования, т. е., батарея будет работать меньшее число циклов заряда - разряда. Легирующие добавки, находясь в составе LiCoO2, повышают стабильность его электрохимических свойств при циклировании за счет стабилизации кристаллической структуры. Указанное действие особенно заметно проявляется при высоких температурах.The process of electrochemical intercalation-deintercalation (insertion-exit) of lithium ions into the structure of LiCoO 2 is accompanied by deformation of its crystal structure, causing its partial destruction. The consequence of this is a decrease in the specific capacity of the material during cycling, i.e., the battery will operate in a smaller number of charge-discharge cycles. Alloying additives, being in the composition of LiCoO 2 , increase the stability of its electrochemical properties during cycling due to the stabilization of the crystal structure. This effect is especially noticeable at high temperatures.

Можно стабильно получать композитные оксиды лития-кобальта, которые могут повысить кулоновскую эффективность, уменьшить необратимую емкость и улучшить характеристики цикла, а также могут быть использованы недорогие исходные материалы.Lithium-cobalt composite oxides can be stably produced, which can increase the Coulomb efficiency, reduce irreversible capacity, and improve cycle performance, and inexpensive raw materials can also be used.

Известен способ синтеза (патент РФ №2344515 от 15.08.2007, опубликован 20.01.2009) литированного оксида кобальта, включающий смешение исходных компонентов солей лития и оксида кобальта в мольном соотношении Li:Co=1:1, отжиг в печи и дальнейшее охлаждение, отличающийся тем, что в смесь исходных компонентов вводят, по крайней мере, одну допирующую добавку в виде MgO, TiO2 и Al2О3 суммарном количестве от 0,5 до 5,0% по отношению к массе исходной смеси, а процесс отжига проводят в две стадии: сначала исходную смесь отжигают при температуре 600-800°С, после чего полученную шихту перемешивают и отжигают при температуре 800-1000°С.A known method of synthesis (RF patent No. 2344515 dated 08/15/2007, published 01/20/2009) lithiated cobalt oxide, including mixing the initial components of lithium salts and cobalt oxide in a molar ratio of Li: Co = 1: 1, annealing in an oven and further cooling, differing the fact that at least one doping additive in the form of MgO, TiO 2 and Al 2 O 3 is introduced into the mixture of the starting components in the total amount from 0.5 to 5.0% with respect to the mass of the initial mixture, and the annealing process is carried out in two stages: first, the initial mixture is annealed at a temperature of 600-800 ° C, after which the resulting mixture is stirred and annealed at a temperature of 800-1000 ° C.

Значения начальной удельной емкости получаемого по предложенному способу выше, чем у прототипа.The values of the initial specific capacity obtained by the proposed method are higher than those of the prototype.

Вместе с тем полученные значения деградации начальной удельной емкости после 10 и 20 циклов остаются высокими на уровне 5-8% за 10 циклов, не показано изменение удельной емкости при большем числе циклов (более 100). At the same time, the obtained values of the degradation of the initial specific capacity after 10 and 20 cycles remain high at the level of 5-8% for 10 cycles, the change in the specific capacity with a larger number of cycles (more than 100) is not shown.

В патенте (ЕР 1281673А1 Опубликован 05.02.2003 Бюллетень 2003/06) несколько аспектов и относятся они к частицам оксида кобальта, способу получения частиц оксида кобальта с применением растворов с легирующими реагентами, которые в дальнейшем используются для получения катодного материала для вторичной ячейки с неводным электролитом. Целью изобретения является получение частиц оксида кобальта с применением «мокрого способа» то есть с применением растворов, для получения частиц катодного активного материала, имеющего не только стабильную кристаллическую структуру, но и термостабильность и повышенную начальную разрядную емкость.In the patent (EP 1281673A1 Published 05.02.2003 Bulletin 2003/06) several aspects and they relate to particles of cobalt oxide, a method of obtaining particles of cobalt oxide using solutions with doping reagents, which are subsequently used to obtain a cathode material for a secondary cell with a non-aqueous electrolyte ... The aim of the invention is to obtain particles of cobalt oxide using a "wet method", that is, using solutions, to obtain particles of a cathode active material having not only a stable crystal structure, but also thermal stability and increased initial discharge capacity.

Изобретением предусмотрен способ получения частиц оксида кобальта, легированного состава включающий: The invention provides a method for obtaining particles of cobalt oxide, doped composition, including:

- нейтрализацию раствора, содержащего соль кобальта и соль магния, водным раствором щелочи; - neutralization of a solution containing cobalt salt and magnesium salt with an aqueous alkali solution;

- проведение с полученной смесью реакции окисления с получением магнийсодержащих частиц оксида кобальта.- carrying out an oxidation reaction with the resulting mixture to obtain magnesium-containing particles of cobalt oxide.

- далее предусмотрена нейтрализация раствора, содержащего соль кобальта, водным раствором щелочи;- further provides for the neutralization of the solution containing the cobalt salt, with an aqueous solution of alkali;

- подвергание полученной смеси реакции окисления с получением водной суспензии, содержащей частицы оксида кобальта;- subjecting the resulting mixture to an oxidation reaction to obtain an aqueous suspension containing cobalt oxide particles;

- добавление соли магния в водную суспензию, содержащую частицы оксида кобальта; - adding a magnesium salt to an aqueous suspension containing particles of cobalt oxide;

- регулировку значения рН водной суспензии для покрытия поверхности каждой частицы оксида кобальта гидроксидом магния.- adjusting the pH value of the aqueous suspension to cover the surface of each particle of cobalt oxide with magnesium hydroxide.

Получаются следующие частицы оксида кобальта The following particles of cobalt oxide are obtained

(Co(1-x)Mgx)3O4; где x равно 0,001-0,15,(Co (1-x) Mgx) 3 O 4; where x is 0.001-0.15,

(1-x)Co3O4 3xMg(OH)2, где x равно 0,001-0,15,(1-x) Co 3 O 4 3xMg (OH) 2 , where x is 0.001-0.15,

Частицы оксида кобальта с алюминием могут быть получены путем добавления соли алюминия к суспензии, содержащей частицы оксида кобальта; регулирования значения рН полученного раствора путем добавления к нему водного раствора щелочи, тем самым покрывая поверхность частицы оксида кобальта гидроксидом алюминия; и при необходимости, термообработки полученного материала. Примеры алюминиевой соли могут включать сульфат алюминия, нитрат алюминия, натрий алюминия или тому подобное. Количество добавляемого алюминия обычно составляет 0,1-5 моль%, предпочтительно 0,1-3 моль% на основу кобальта.Particles of cobalt oxide with aluminum can be obtained by adding an aluminum salt to a slurry containing particles of cobalt oxide; adjusting the pH of the resulting solution by adding an aqueous alkali solution to it, thereby coating the surface of the cobalt oxide particle with aluminum hydroxide; and, if necessary, heat treatment of the resulting material. Examples of the aluminum salt may include aluminum sulfate, aluminum nitrate, sodium aluminum, or the like. The amount of aluminum added is usually 0.1-5 mol%, preferably 0.1-3 mol%, based on cobalt.

(Co(1-x)Mgx)3O4 3yAl(OH)3 где x равно 0,001-0,15, а y равно 0,001-0,05.(Co (1-x) Mgx) 3 O 4 3yAl (OH) 3 where x is 0.001-0.15 and y is 0.001-0.05.

В изобретении предусмотрен способ получения катодного активного материала для неводной электродной вторичной ячейки содержащий: смешивание полученных частиц сложного состава оксида кобальта с соединением лития и термообработку полученной смеси до получения частиц Li(Co(1-x-y), Mgx, Aly)O2, где x от 0,001 до 0,15 а y от 0,001 до 0,05.The invention provides a method for producing a cathode active material for a non-aqueous electrode secondary cell comprising: mixing the obtained particles of a complex composition of cobalt oxide with a lithium compound and heat treatment of the resulting mixture to obtain particles of Li (Co (1-xy), Mgx, Aly) O 2 , where x from 0.001 to 0.15 and y from 0.001 to 0.05.

Полученные композитные частицы кобальтита лития показывают равномерное распределение магния и алюминия внутри частицы, их кристаллическая структура стабильна. Вторичный элемент, изготовленный с использованием катодного активного материала рассматриваемого изобретения, обладает начальной разрядной емкостью от 130 до 165 мАч/г, термостабильностью не менее 215°С и процентом удержания емкости после 50 циклов при 60°С не менее 95%.The resulting lithium cobaltite composite particles show a uniform distribution of magnesium and aluminum inside the particle, and their crystal structure is stable. A secondary cell made using the cathode active material of the invention under consideration has an initial discharge capacity of 130 to 165 mAh / g, a thermal stability of at least 215 ° C, and a retention rate of at least 95% after 50 cycles at 60 ° C.

Существенным недостатком данной технологии является применение «мокрого способа» легирования частиц оксида кобальта, то есть с применением растворов. Это влечет необходимость организации полного технологического передела по получению легированного оксида кобальта, переработки и утилизации большого количества отходов в виде растворов, что существенно удорожает процесс получения частиц катодного материала.A significant disadvantage of this technology is the use of a "wet method" alloying particles of cobalt oxide, that is, using solutions. This entails the need to organize a complete technological redistribution for the production of doped cobalt oxide, processing and disposal of a large amount of waste in the form of solutions, which significantly increases the cost of the process of obtaining particles of the cathode material.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ получения поверхностно-модифицированного литированного оксида кобальта (см. патент РФ №2583049, заявл. 02.12.2014, опубл. 10.05.2016 г.) - прототип, включающий: получение поверхностно-модифи-цированного литированного оксида кобальта LiCoO2 путем смешения исходных солей лития и оксида кобальта, отжиг, охлаждение и поверхностное модифицирование путем введения допирующих добавок в виде оксидов Mg, Ti и Al в суммарном количестве от 1,0 до 5,5% по отношению к массе смеси исходных компонентов. Синтез проводят в две стадии: исходную смесь отжигают при температуре 500-750°C, после чего полученную шихту перемешивают и отжигают при температуре 900-1100°C, а поверхностное модифицирование проводят с использованием спиртового раствора изопропоксида алюминия таким образом, чтобы содержание покрывающего оксида алюминия Al2O3 в пересчете на массу LiCoO2 составляло 4-5%, и с проведением термообработки покрытого и высушенного LiCoO2 в течение 0,8-1,2 час.The closest to the invention in technical essence is a method for producing a surface-modified lithiated cobalt oxide (see RF patent No. 2583049, declared 02.12.2014, publ. 10.05.2016) - a prototype, including: obtaining a surface-modified lithiated cobalt oxide LiCoO 2 by mixing the starting lithium salts and cobalt oxide, annealing, cooling and surface modification by introducing dopants in the form of Mg, Ti and Al oxides in a total amount of 1.0 to 5.5% with respect to the mass of the mixture of starting components ... The synthesis is carried out in two stages: the initial mixture is annealed at a temperature of 500-750 ° C, after which the resulting mixture is stirred and annealed at a temperature of 900-1100 ° C, and surface modification is carried out using an alcoholic solution of aluminum isopropoxide so that the content of the coating alumina Al 2 O 3 in terms of the weight of LiCoO 2 was 4-5%, and with carrying out heat treatment of the coated and dried LiCoO 2 for 0.8-1.2 hours.

Недостатком способа по приведенным примерам патента прототипа являются невысокие результаты показателей удельной разрядной емкости первого цикла не выше 147 мА/ч и значимая деградация после 10 циклов 5-8 %. Отсутствие данных о состоянии параметров решетки LiCoO2 при введении допантов. Введение в частицы катодного материала оксидных материалов снижает показатель удельной емкости на единицу массы катодного материала. Кроме этого в примерах патента отсутствуют данные о деградации при длительном (более 100 циклов) испытании. Не указан размер вводимых частиц порошков допантов, приведенные режимы синтеза не могут обеспечить равномерное атомарное распределение оксидов других элементов в объеме частицы литированного оксида кобальта (особенно оксидов).The disadvantage of the method according to the examples of the prototype patent are the low results of the indicators of the specific discharge capacity of the first cycle not exceeding 147 mA / h and significant degradation after 10 cycles of 5-8%. Lack of data on the state of the lattice parameters of LiCoO 2 upon the introduction of dopants. The introduction of oxide materials into the particles of the cathode material reduces the specific capacity index per unit mass of the cathode material. In addition, in the examples of the patent, there is no data on degradation during a long (more than 100 cycles) test. The size of the introduced particles of dopant powders is not indicated; the above synthesis modes cannot provide a uniform atomic distribution of oxides of other elements in the bulk of a particle of lithiated cobalt oxide (especially oxides).

Другим недостатком рассматриваемого прототипа является использование пожароопасных спиртовых растворов, что требует соблюдения дополнительных мер безопасности для исключения возгораний и взрывов, в формуле не указана температура термообработки.Another disadvantage of the prototype under consideration is the use of fire-hazardous alcohol solutions, which requires additional safety measures to exclude fires and explosions; the heat treatment temperature is not indicated in the formula.

Для патентов с поверхностным модифицированием оксидами металлов остается не полностью раскрытым механизм за счет чего происходит улучшение проводимости и увеличение значения удельной начальной энергии, ведь указанное оксидное покрытие (оксид алюминия) является плохим проводником - изолятором.For patents with surface modification with metal oxides, the mechanism remains incompletely disclosed, due to which there is an improvement in conductivity and an increase in the value of the specific initial energy, because the specified oxide coating (aluminum oxide) is a poor conductor - an insulator.

Технической задачей изобретения является повышение стабильности свойств порошка LiCoO2 в процессе длительной эксплуатации: снижение деградации удельной зарядно-разрядной емкости на начальном этапе и при длительном циклировании, повышение начальной удельной емкости и снижение опасности рисков возгорания в процессе производства.The technical objective of the invention is to increase the stability of the properties of LiCoO 2 powder during long-term operation: to reduce the degradation of the specific charge-discharge capacity at the initial stage and during long-term cycling, to increase the initial specific capacity and to reduce the risk of ignition risks during the production process.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения литированного оксида кобальта, включающем смешивание исходных компонентов солей лития, оксида кобальта и добавок, отжиг в печи в две стадии, после первой стадии полученную шихту перемешивают и отжигают повторно с последующим охлаждением. Согласно изобретению в смесь исходных компонентов солей лития, оксида кобальта вводят одну или несколько легирующую добавок наноструктурированных термически разлагаемых соединений на основе солей или гидроксидов металлов (Ме): Мg, Al, Ti c температурой разложения ниже 660°С в атомном соотношении металла к Со до 0,07, смесь подвергают диспергированию с использованием механохимического активатора при удельной мощности 5-30 Вт/г, в течение 2,0 - 10 минут, исходные компоненты солей лития и оксида кобальта берутся в мольном отношении Li:Co = (1,0-1,02):1,0. Полученный спек после первого отжига измельчают до требуемого фракционного состава добавляют до 3% массовых литий содержащего раствора до общего мольного соотношения Li : (Co (1-х-y-z) Мех Mey Меz ) = (1,0-1,04) : 1, где сумма х+у+z менее 0,07, а Мех это Мg, х меняется от 0 до 0,07, Mey это Al, Меz это Ti, а у, z меняются от 0 до 0,05, измельченный порошок перемешивают и отжигают повторно. The problem is solved by the fact that in the method for producing lithiated cobalt oxide, which includes mixing the initial components of lithium salts, cobalt oxide and additives, annealing in an oven in two stages, after the first stage, the resulting mixture is mixed and annealed again, followed by cooling. According to the invention, one or more alloying additions of nanostructured thermally decomposable compounds based on metal salts or hydroxides (Me): Mg, Al, Ti with a decomposition temperature below 660 ° C in the atomic ratio of metal to Co up to 0.07, the mixture is subjected to dispersion using a mechanochemical activator at a specific power of 5-30 W / g, for 2.0-10 minutes, the initial components of lithium salts and cobalt oxide are taken in the molar ratio Li: Co = (1.0- 1.02): 1.0. The resulting cake after the first annealing is ground to the required fractional composition, up to 3% by weight of lithium-containing solution is added to the total molar ratio of Li: (Co (1-x-yz) Me x Me y Me z ) = (1.0-1.04) : 1, where the sum x + y + z is less than 0.07, and Me x is Mg, x varies from 0 to 0.07, Me y is Al, Me z is Ti, and y, z are varied from 0 to 0, 05, the crushed powder is mixed and re-annealed.

Отжиг на первой стадии проводят предпочтительно при температуре 660-800°С, в течение 3-5 часов, а повторный отжиг на второй стадии проводят предпочтительно при температуре 800-960°С, в течение 6-10 часов.Annealing in the first stage is carried out preferably at a temperature of 660-800 ° C for 3-5 hours, and re-annealing in the second stage is carried out preferably at a temperature of 800-960 ° C for 6-10 hours.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата. These features are essential and are interconnected with the formation of a stable set of essential features sufficient to obtain the required technical result.

Так использование в качестве легирующих добавок наноструктурированных термически разлагаемых соединений, приведенных в таблице 1, на основе солей или гидроксидов металлов (Ме) - Мg, Al, Ti, крупностью менее 1 мкм, позволяет провести качественное перемешивание и распределение их в шихте в качестве легирующих добавок без значимых изменений основных значений параметров кристаллической решетки у частиц готового литированного оксида кобальта. Результаты примеров приведены в таблице 3.So the use as alloying additives of nanostructured thermally decomposable compounds shown in Table 1, based on salts or hydroxides of metals (Me) - Mg, Al, Ti, with a particle size of less than 1 μm, allows high-quality mixing and distribution of them in the charge as alloying additives. without significant changes in the basic values of the crystal lattice parameters of the particles of the finished lithiated cobalt oxide. The results of the examples are shown in Table 3.

Мольное отношение Li:Co = (1,0 - 1,02):1,0 уже на первом этапе отжига обеспечивает получение соединения структуры LiCoO2, атомное соотношение металла или суммы металлов к Со до 0,07 не нарушает структуры LiCoO2, позволяет легирующим металлам равномерно распределится в структуре LiCoO2 без образования других фаз.The molar ratio of Li: Co = (1.0 - 1.02): 1.0 already at the first stage of annealing provides a compound with the structure LiCoO 2 , the atomic ratio of the metal or the sum of metals to Co up to 0.07 does not violate the structure of LiCoO 2 , allows alloying metals will be evenly distributed in the structure of LiCoO 2 without the formation of other phases.

Общее мольного соотношения Li : (Co (1-х-y-z) Мех Mey Меz ) = (1,0-1,04) : 1, где сумма х+у+z менее 0,07, Мех это Мg, а х, меняется от 0 до 0,07, Mey это Al и Меz это Ti, при этом - у,z меняются от 0 до 0,05, что в пересчете на оксиды этих металлов в любой комбинации не превышает 5 % от общей массы исходной смеси. The total molar ratio of Li: (Co (1-x-yz) Me x Me y Me z ) = (1.0-1.04): 1, where the sum of x + y + z is less than 0.07, Me x is Mg , and x, varies from 0 to 0.07, Me y is Al and Me z is Ti, while y, z vary from 0 to 0.05, which, in terms of the oxides of these metals in any combination, does not exceed 5% from the total mass of the initial mixture.

Увеличение содержания легирующих добавок выше указанных значений приводит к изменению параметров кристаллической решетки, а именно к увеличению значений «а» и «с». Также необходимо отметить, что при сохранении всех свойств возможно снижение показателя удельной емкости приходящейся на единицу массы катодного материала по данным из примеров таблицы 2.An increase in the content of alloying additions above the indicated values leads to a change in the parameters of the crystal lattice, namely to an increase in the values of "a" and "c". It should also be noted that while maintaining all properties, it is possible to reduce the specific capacity index per unit mass of the cathode material according to the data from the examples in Table 2.

При содержании алюминия или титана с коэффициентом более 0,05 получается не однофазный продукт.If the content of aluminum or titanium with a coefficient of more than 0.05, a non-single-phase product is obtained.

В процессе механохимического воздействия при ударном воздействии активирующих тел в рабочем объеме камеры механоактиватора при удельной мощности 5 - 30 Вт/г, в течение 2 - 10 минут, уже при комнатной температуре за счет высокой энергонагруженности происходит частичное образование промежуточных продуктов реакции. Образуются механокомпозиты включающие в себя все исходные реагенты. Частично процесс разложения и взаимной диффузии компонентов начинается в процессе механоактивации. В теории механохимического синтеза в качестве реагентов предпочтительно использовать вещества с гидроксильными группами, чем оксиды с более стабильной кристаллической решеткой. При этом наноструктурированные частицы в процессе разложения становятся еще мельче, что облегчает равномерное их распределение и взаимную диффузию в другие частицы, а выделение газообразных, не образующих взрывоопасные смеси, компонентов не позволяет образовываться агломератам больших размеров с высокой прочностью, сохраняя на этом технологическом переделе частично прочные, но пористые частицы.In the process of mechanochemical action under the shock action of activating bodies in the working volume of the mechanoactivator chamber at a specific power of 5 - 30 W / g, for 2 - 10 minutes, already at room temperature due to high energy loading, partial formation of intermediate reaction products occurs. Mechanocomposites are formed that include all the starting reagents. Partially, the process of decomposition and mutual diffusion of components begins in the process of mechanical activation. In the theory of mechanochemical synthesis, it is preferable to use substances with hydroxyl groups as reagents than oxides with a more stable crystal lattice. In this case, nanostructured particles become even finer in the process of decomposition, which facilitates their uniform distribution and mutual diffusion into other particles, and the release of gaseous components that do not form explosive mixtures does not allow the formation of large agglomerates with high strength, while maintaining partially strong but porous particles.

В случае использования механохимических активаторов степень измельчения и смешения компонентов выше, чем при простом смешивании. Указанные пределы механохимического воздействия определяются тем, что при более низких значениях мощности и времени процессы измельчения и смешения недостаточны, это приводит к образованию неоднородного конечного продукта. При более высоких параметрах происходит процесс агломерации первичных частиц в механокомпозиты больших размеров и повышение степени загрязнения конечного продукта материалом мелющих тел и стенок реактора. Данный процесс предпочтительно проводить в атмосфере осушенного азота для устранения загрязнения поверхности частиц продуктами взаимодействия с компонентами, входящими в состав воздуха: пыль, СО2 и др.In the case of using mechanochemical activators, the degree of grinding and mixing of the components is higher than with simple mixing. The indicated limits of mechanochemical action are determined by the fact that at lower values of power and time, the processes of grinding and mixing are insufficient, this leads to the formation of a heterogeneous final product. At higher parameters, the process of agglomeration of primary particles into large mechanocomposites occurs and the degree of contamination of the final product by the material of the grinding bodies and the walls of the reactor increases. This process is preferably carried out in a dry nitrogen atmosphere to eliminate contamination of the particle surface by products of interaction with components that make up the air: dust, CO 2 , etc.

Энергетическое воздействие механохимического активатора с удельной мощностью 5 - 30 Вт/г, в течение 2 - 10 минут на смесь при добавке солей или гидроксидов металлов (Ме) Мg, Al, Ti в атомном соотношении металла или суммы металлов к Со до 0,07 обеспечивает качественное распределение добавок в частицах композитов, без значимого изменения параметров кристаллической решетки LiCoO2 после второй стадии отжига.The energetic effect of a mechanochemical activator with a specific power of 5 - 30 W / g, for 2 - 10 minutes on the mixture with the addition of salts or hydroxides of metals (Me) Mg, Al, Ti in the atomic ratio of metal or the sum of metals to Co up to 0.07 provides qualitative distribution of additives in the particles of composites, without a significant change in the parameters of the crystal lattice of LiCoO 2 after the second stage of annealing.

Проведение первого отжига активированной смеси при температуре 600-800°С, в течение 3-5 часов, уже на стадии подъема температуры до 660°С обеспечивает полное разложение вводимых добавок солей или гидроксидов металлов (Ме) Мg, Al, Ti поскольку максимальная температура разложения их менее 650°С. За счет механохимического воздействия на карбонат лития, в интервале температур от 660°С до температуры 750°С происходит его расплавление и разложение на оксид лития. При расплавлении происходит равномерное распределение в частицах за счет заполнения пор частиц механокомпозитов и смеси в целом, что в дальнейшем при выдержке в течение 3-5 часов обеспечивает достаточно прочное их сцепление и взаимное проникновение - диффузию. При температуре выше 800°С процесс разложения карбоната лития ускоряется, снижая время растекания расплава по частицам. При времени выдержки менее 3 часов недостаточно полно проходит реакция между оксидом кобальта и карбонатом лития спек обладает низкой прочностью, при времени выдержки 5 часов прочность спека достаточна для получения частиц необходимой и достаточной прочности. Так же следует учитывать, что оксиды металлов (Мg, Al, Ti) приводимые в качестве допантов в прототипе, как правило в большинстве случаев получаются путем термического разложения солей или гидроксидов металлов (Ме) - Мg, Al, Ti, а это значит, что указанные оксиды дороже, чем соли или гидроксиды.Carrying out the first annealing of the activated mixture at a temperature of 600-800 ° C, for 3-5 hours, already at the stage of raising the temperature to 660 ° C ensures the complete decomposition of the added additions of salts or metal hydroxides (Me) Mg, Al, Ti since the maximum decomposition temperature their less than 650 ° C. Due to the mechanochemical effect on lithium carbonate, in the temperature range from 660 ° C to 750 ° C, it melts and decomposes into lithium oxide. Upon melting, a uniform distribution in the particles occurs due to the filling of the pores of the particles of mechanocomposites and the mixture as a whole, which subsequently, when held for 3-5 hours, ensures their sufficiently strong adhesion and mutual penetration - diffusion. At temperatures above 800 ° C, the process of decomposition of lithium carbonate is accelerated, reducing the time of spreading of the melt over particles. With a holding time of less than 3 hours, the reaction between cobalt oxide and lithium carbonate does not sufficiently complete the sinter has low strength; with a holding time of 5 hours, the strength of the sinter is sufficient to obtain particles of the necessary and sufficient strength. It should also be borne in mind that metal oxides (Mg, Al, Ti) cited as dopants in the prototype, as a rule, in most cases are obtained by thermal decomposition of salts or metal hydroxides (Me) - Mg, Al, Ti, which means that these oxides are more expensive than salts or hydroxides.

При первой стадии синтеза при температуре 600-800°С все равномерно распределенные разлагаемые компоненты переходят в оксиды, формируя через 3-5 часов частицы LiCoO2 легированные одним или несколькими металлами. Морфология поверхности, размер, форма частиц распределение элементов по объему еще не сформировано окончательно. Полученный полупродукт достаточно легко разрушается при воздействии на него до порошка требуемых размеров.In the first stage of the synthesis at a temperature of 600-800 ° C, all uniformly distributed decomposable components are converted into oxides, forming after 3-5 hours LiCoO 2 particles doped with one or more metals. Surface morphology, size, shape of particles, the distribution of elements over the volume has not yet been completely formed. The resulting intermediate product is quite easily destroyed when exposed to a powder of the required size.

Недостатком высокодисперсных материалов в виду их развитой поверхности являются побочные реакции с электролитом. Этот недостаток частично устраняется путем сглаживания разными методами поверхностной шероховатости. Так добавка до 3 масс. % литий содержащего раствора до общего мольного соотношения Li : (Co (1-х-y-z) Мех Mey Меz ) = (1,0-1,04) : 1, где сумма х+у+z менее 0,07, х меняется от 0 до 0,07, а у, z меняются от 0 до 0,05 позволяет плотно упаковать порошковые частицы LiCoO2 перед повторным отжигом. При введении более 3 масс. % литий содержащего раствора образуется жидкая трудно обрабатываемая консистенция, не позволяющая плотно упаковывать частицы перед повторным отжигом.The disadvantage of highly dispersed materials in view of their developed surface is side reactions with the electrolyte. This disadvantage is partially eliminated by smoothing the surface roughness using different methods. So the additive up to 3 mass. % lithium-containing solution to the total molar ratio Li: (Co (1-x-yz) Me x Me y Me z ) = (1.0-1.04): 1, where the sum of x + y + z is less than 0.07 , x changes from 0 to 0.07, and y, z change from 0 to 0.05 allows you to tightly pack the powder particles of LiCoO 2 before re-annealing. With the introduction of more than 3 masses. % of lithium-containing solution, a liquid, difficult to process consistency is formed, which does not allow tightly packing the particles before re-annealing.

Наносится данный раствор на порошковые частицы равномерно методом распыления при перемешивании частиц. В качестве источника лития выступают соединения LiOH или LiHCO3, концентрация лития в растворе зависит от того, сколько его нужно внести, чтобы получить требуемые соотношения лития и оксидов металлов, как правило для LiOH не превышает 5 %. Возможно повторное нанесение растворов после сушки первого слоя. Распыляемый жидкий раствор равномерно покрывает всю поверхность порошковых частиц тонким слоем соединения лития, которые при нагревании разлагаются, образуя на поверхности оксид лития. Данный оксид при втором отжиге при температурах 800-960°С внедряется в структуру частицы образуя обогащенный литием слой ближе к ее поверхности.This solution is applied to the powder particles evenly by spraying while stirring the particles. LiOH or LiHCO 3 compounds act as a source of lithium, the concentration of lithium in the solution depends on how much it needs to be added in order to obtain the required ratio of lithium and metal oxides, as a rule, for LiOH does not exceed 5%. It is possible to reapply the solutions after drying the first layer. The sprayed liquid solution evenly covers the entire surface of the powder particles with a thin layer of lithium compounds, which decompose when heated to form lithium oxide on the surface. During the second annealing at temperatures of 800-960 ° C, this oxide is incorporated into the structure of the particle, forming a lithium-rich layer closer to its surface.

Кристаллическая структура LiCoO2 не имеет заметного изменения после модификации поверхности. Химическая и структурная стабильность модифицированной поверхности обработанной предложенным способом, улучшает электрохимическое поведение LiCoO2 за счет уменьшения активных центров, которые служили катализатором для разложения электролита на поверхности частиц. На фиг. 1 показаны легированные частицы LiCoO2, полученные по прототипу, многие частицы слиплись между собой в процессе модифицирования поверхности. На фиг. 2 показаны легированные частицы LiCoO2, полученные по примеру 11 с модифицированной поверхностью раствором с LiHCO3. На фиг. 3 показаны легированные частицы LiCoO2, полученные по примеру 12 с модифицированной поверхностью раствором с LiОH.The crystal structure of LiCoO 2 has no noticeable change after surface modification. The chemical and structural stability of the modified surface treated by the proposed method improves the electrochemical behavior of LiCoO 2 by reducing the active centers, which served as a catalyst for the decomposition of the electrolyte on the particle surface. FIG. 1 shows doped LiCoO 2 particles obtained according to the prototype, many particles stuck together in the process of surface modification. FIG. 2 shows the doped LiCoO 2 particles obtained in Example 11 with a surface modified solution with LiHCO 3 . FIG. 3 shows doped LiCoO 2 particles obtained in Example 12 with a surface modified solution with LiOH.

Температурно-временной режим второго отжига 800-960°С, в течение 6-10 часов обеспечивает получение соединения LiCoO2 необходимой структуры (высоко температурная стабильная фаза). Реакция твердофазного синтеза LiCoO2 наиболее полно протекает при увеличении температуры более 800°C и продолжительности процесса более 6 часов. При увеличении температуры термообработки более 960°С и времени более 10 часов, синтез сопровождается снижением качества синтезированного LiCoO2 из-за повышенного выделения лития (испарения лития), что приводит к снижению содержания лития в продукте и отрицательно сказывается на его электрохимических параметрах.The temperature-time regime of the second annealing of 800-960 ° C, for 6-10 hours, ensures the preparation of the LiCoO 2 compound of the required structure (high-temperature stable phase). The reaction of solid-phase synthesis of LiCoO 2 proceeds most fully with an increase in temperature over 800 ° C and a process duration of more than 6 hours. With an increase in the heat treatment temperature over 960 ° C and a time of more than 10 hours, the synthesis is accompanied by a decrease in the quality of synthesized LiCoO 2 due to an increased release of lithium (evaporation of lithium), which leads to a decrease in the lithium content in the product and adversely affects its electrochemical parameters.

Указанная совокупность признаков обладает изобретательским уровнем, так как позволяет улучшить электрохимические характеристики катодных материалов и позволяет решить поставленные задачи.The specified set of features has an inventive step, since it allows to improve the electrochemical characteristics of cathode materials and allows you to solve the set tasks.

Таблица 1 - Температуры разложения реагентов, используемых для легирования частиц LiCoO2. Table 1 - Temperatures of decomposition of reagents used for alloying LiCoO 2 particles.

РеагентReagent Реакция разложенияDecomposition reaction Т разложения, °СT decomposition, ° С Ti(ОН)4 Ti (OH) 4 Ti(OH)4→TiO2+2Н2OTi (OH) 4 → TiO 2 + 2H 2 O 500500 Al(ОН)3 Al (OH) 3 2Al(ОН)3→Al2О3+3Н2O2Al (OH) 3 → Al 2 O 3 + 3H 2 O 575575 Mg(CO)3 Mg (CO) 3 Mg(CO3)→MgО+СО2 Mg (CO 3 ) → MgO + CO 2 650650 Mg(OH)2 Mg (OH) 2 Mg(OH)2→MgО+Н2OMg (OH) 2 → MgO + H 2 O 360360 Mg (C2O4)Mg (C 2 O 4 ) 2Mg (C2O4)+О2→2MgО+4СО2 2Mg (C 2 O 4 ) + О 2 → 2MgО + 4СО 2 620620

Влияние легирующих добавок на структуру LiCoO2 исследовали с применением рентгеновского дифрактометра ДРОН-7, Cu Kα-излучение λ=1.54186.The influence of dopants on the structure of LiCoO 2 was investigated using a DRON-7 X-ray diffractometer, Cu Kα radiation λ = 1.54186.

Испытания порошка LiCoO2 проводили двумя методами.LiCoO 2 powder was tested by two methods.

Метод 1. Удельные разрядные емкости легированного и поверхностно-модифицированного LiCoO2 определяли на макетах пуговичного типа, масса электрода с испытываемым материалом составляла 40±5 мг. Готовые макеты пуговичного типа (CR2032) диаметром 16,2 мм подключали к стенду для проверки разрядной емкости. Заряд и разряд проводили при нормальных климатических условиях.Method 1. Specific discharge capacities of doped and surface-modified LiCoO 2 were determined using button-type dummies; the weight of the electrode with the test material was 40 ± 5 mg. Ready-made button-type dummies (CR2032) with a diameter of 16.2 mm were connected to a stand to test the discharge capacity. Charging and discharging were carried out under normal climatic conditions.

- заряд: 1 ступень: постоянным током 0,65 А до напряжения 4,2 В;- charge: stage 1: with a constant current of 0.65 A to a voltage of 4.2 V;

2 ступень: постоянным напряжением 4,2 В и падающим током до значения 0,04 А;Stage 2: with a constant voltage of 4.2 V and a falling current up to a value of 0.04 A;

- пауза 30 минут;- a pause of 30 minutes;

- разряд: постоянным током 1,3 мА до напряжения 3,0 В;- discharge: with a constant current of 1.3 mA up to a voltage of 3.0 V;

- пауза 30 минут.- a pause of 30 minutes.

Количество циклов заряда-разряда - 1, 5, 20, разрядная емкость макетов после 1, 5, 20 циклов и удельная емкость указаны в таблице 2.The number of charge-discharge cycles is 1, 5, 20, the discharge capacity of the breadboards after 1, 5, 20 cycles and the specific capacity are shown in Table 2.

В таблице приведены значения по трем измерениям.The table shows values for three dimensions.

Метод 2. Ресурсные характеристики порошка LiCoO2 в качестве катодного материала определяли на макетах при определении значений деградации энергии разряда в % от начальной, на контрольных циклах полной емкости (заряд С/10 до 4,15В, разряд током С/2 до 2,7 В) от количества прогоночных циклов глубиной разряда 70%. Номера примеров конкретного выполнения и полученные данные приведены в таблице 4.Method 2. The resource characteristics of the LiCoO 2 powder as a cathode material were determined on the models when determining the values of the degradation of the discharge energy in% of the initial one, on the control cycles of the full capacity (charge C / 10 up to 4.15 V, discharge with current C / 2 up to 2.7 C) from the number of sweep cycles with a depth of discharge of 70%. The numbers of examples of specific performance and the data obtained are shown in table 4.

Все легирующие порошки перед использованием проходили прокалку.All alloying powders were calcined before use.

Примеры конкретного выполнения.Examples of specific implementation.

Пример 1 осуществления способа. Example 1 of the implementation of the method.

Для получения LiCoO2 взята смесь порошков крупностью менее 25 мкм карбоната лития (Li2CO3), оксида кобальта (Со3O4) в соотношении лития к кобальту 1,02 и порошок наноструктурированного гидроксида магния Mg(OH)2 в атомарном отношении Мg:Со= 0,07:0,93 или 5,25% Mg(OH)2, в пересчете на оксид магния 3,6 % массовых MgO. Смесь перемешана и прошла обработку в механоактиваторе при удельной мощности 5 Вт/г в течение 10 минут с последующей термической обработкой в печи на воздухе. Первый этап отжига при 750°С в течение 5 часов, охлажденный спек размолот до порошка требуемой крупности, смочен в количестве 3% от массы шихты путем распыления раствора LiHCO3 концентрацией 1,2 г/100мл и подвергнут второй термообработке при 950°С в течение 10 часов. Порошок был смочен путем распыления раствора LiHCO3 при перемешивании порошка. Охлажденный спек измельчен, классифицирован, проанализирован и подвергнут электрохимическим испытаниям. Полученный результат испытаний приведен в таблице 2 строка 1, в таблице 3, строка 1.To obtain LiCoO 2 , a mixture of powders with a particle size of less than 25 microns of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), cobalt oxide (Co 3 O 4 ) in a lithium to cobalt ratio of 1.02 and a powder of nanostructured magnesium hydroxide Mg (OH) 2 in an atomic ratio Mg : Co = 0.07: 0.93 or 5.25% Mg (OH) 2 , in terms of magnesium oxide 3.6% by weight MgO. The mixture was mixed and processed in a mechanical activator at a specific power of 5 W / g for 10 minutes, followed by heat treatment in an oven in air. The first stage of annealing at 750 ° C for 5 hours, the cooled cake is ground to a powder of the required size, moistened in an amount of 3% of the batch weight by spraying with a LiHCO 3 solution with a concentration of 1.2 g / 100 ml and subjected to a second heat treatment at 950 ° C for 10 hours. The powder was wetted by spraying the LiHCO 3 solution while stirring the powder. The cooled cake is crushed, classified, analyzed and subjected to electrochemical testing. The test result obtained is shown in table 2, line 1, in table 3, line 1.

Пример 2 осуществления способа за пределами предложенных значений способа.Example 2 implementation of the method outside the proposed values of the method.

В условиях примера 1, взят порошок наноструктурированного гидроксида магния Mg(OH)2 в атомарном отношении Мg:Со= 0,14:0,86, или 10.6% Mg(OH)2 в пересчете на оксид магния 7,47 % массовых MgO. Полученный результат измерений параметров кристаллической решетки приведен, в таблице 2 строка 2, в таблице 3, строка 2.Under the conditions of example 1, a powder of nanostructured magnesium hydroxide Mg (OH) 2 was taken in the atomic ratio Mg: Co = 0.14: 0.86, or 10.6% Mg (OH) 2 in terms of magnesium oxide, 7.47% by weight of MgO. The obtained result of measuring the parameters of the crystal lattice is shown in table 2, line 2, in table 3, line 2.

Значимое изменение параметров кристаллической решетки порошка LiCoO2 в сторону увеличения. Низкое значение начальной удельной емкости.Significant change in the parameters of the crystal lattice of the LiCoO 2 powder upward. Low value of the initial specific capacity.

Пример 3 осуществления способа.Example 3 of the implementation of the method.

В условиях примера 1, взят нано порошок карбоната магния MgСO3 в атомарном отношении Мg:Со = 0,01:0,99 или 0,77% MgСO3 в пересчете на оксид магния 0.5 % массовых MgO. После первого отжига при температуре 800°С порошок был смочен в количестве 1% от массы шихты путем распыления раствора LiОH концентрацией 0.5 г лития на 100 мл воды и подвергнут второй термообработке при 960°С в течение 10 часов. Полученный результат испытаний приведен в таблице 2 строка 3, в таблице 3, строка 3.In the conditions of example 1, taken nano powder of magnesium carbonate MgCO 3 in atomic ratio Mg: Co = 0.01: 0.99 or 0.77% MgCO 3 in terms of magnesium oxide 0.5% by weight MgO. After the first annealing at 800 ° C, the powder was moistened in an amount of 1% of the batch weight by spraying a LiOH solution with a concentration of 0.5 g of lithium per 100 ml of water and subjected to a second heat treatment at 960 ° C for 10 hours. The test result obtained is shown in table 2, line 3, in table 3, line 3.

Пример 4 осуществления способа.Example 4 of the implementation of the method.

В условиях примера 1, взят нано порошок гидроксида алюминия Al(OH)3 в атомарном отношении Al:Со = 0,05:0,95 или 4,9% Al(OH)3, или в пересчете на оксид алюминия 3,2 % массовых. Полученный результат испытаний приведен, в таблице 2 строка 4, в таблице 3 строка 4.Under the conditions of example 1, nano powder of aluminum hydroxide Al (OH) 3 was taken in the atomic ratio Al: Co = 0.05: 0.95 or 4.9% Al (OH) 3 , or in terms of aluminum oxide 3.2% massive. The test result obtained is shown in table 2, line 4, in table 3, line 4.

Пример 5 осуществления способа.Example 5 of the method.

Для получения LiCoO2 взята смесь порошков крупностью менее 25 мкм карбоната лития (Li2CO3), оксида кобальта (Со3O4) в соотношении лития к кобальту 1,00 и прокаленный нано порошок гидроксида алюминия Al(OH)3 в атомарном отношении Al:Со = 0,005:0,995 или 0,48 % Al(OH)3, в пересчете на оксид алюминия 0,31 % массовых. Смесь перемешана и прошла обработку в механоактиваторе при удельной мощности 30 Вт/г в течение 2 минут с последующей термической обработкой в печи на воздухе. Первый этап отжига при 600°С в течение 3 часов, охлажденный спек размолот до порошка требуемой крупности, смочен в количестве 3% от массы шихты путем распыления раствора LiHCO3 концентрацией 1,2 г/100мл и подвергнут второй термообработке при 800°С в течение 10 часов. Порошок был смочен 2% от массы путем трех кратного распыления раствора LiHCO3 при перемешивании порошка. Соотношение Li : (Со0,99 Al 0,01) составило 1,04. Охлажденный спек измельчен, классифицирован, проанализирован и подвергнут электрохимическим испытаниям. Полученный результат испытаний приведен в таблице 2 строка 5, в таблице 3 строка 5.To obtain LiCoO 2 , a mixture of powders with a particle size of less than 25 microns of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), cobalt oxide (Co 3 O 4 ) in the ratio of lithium to cobalt 1.00 and calcined nano powder of aluminum hydroxide Al (OH) 3 in an atomic ratio Al: Co = 0.005: 0.995 or 0.48% Al (OH) 3 , in terms of aluminum oxide 0.31% by weight. The mixture was mixed and processed in a mechanical activator at a specific power of 30 W / g for 2 minutes, followed by heat treatment in an oven in air. The first stage of annealing at 600 ° C for 3 hours, the cooled cake was ground to a powder of the required size, moistened in an amount of 3% of the batch weight by spraying a LiHCO 3 solution with a concentration of 1.2 g / 100 ml and subjected to a second heat treatment at 800 ° C for 10 hours. The powder was moistened with 2% by weight by spraying the LiHCO 3 solution three times while stirring the powder. The ratio Li: (Co 0.99 Al 0.01 ) was 1.04. The cooled cake is crushed, classified, analyzed and subjected to electrochemical testing. The test result obtained is shown in table 2, line 5, in table 3, line 5.

Пример 6 осуществления способа.Example 6 of the implementation of the method.

В условиях примера 5, взят прокаленный нано порошок гидроксида титана Ti(OH)4 в атомарном отношении Ti:Со = 0,05:0,95 или 7,19 % массовых Ti(OH)4, в пересчете на оксид титана 4,91 % массовых. Соотношение Li:(Со0,95 Ti0,05) составило 1,01.Under the conditions of example 5, the calcined nano powder of titanium hydroxide Ti (OH) 4 was taken in the atomic ratio Ti: Co = 0.05: 0.95 or 7.19% by weight Ti (OH) 4 , in terms of titanium oxide 4.91 % mass. The Li: (Co 0.95 Ti 0.05 ) ratio was 1.01.

Полученный результат испытаний приведен в таблице 2 строка 6, в таблице 3 строка 6.The test result obtained is shown in table 2, line 6, in table 3, line 6.

Пример 7 осуществления способа. Example 7 of the implementation of the method.

В условиях примера 5, взят прокаленный наноразмерный порошок гидроксида титана Ti(OH)4 в атомарном отношении Ti:Со= 0,01:0,99 или 1,45 % массовых Ti(OH)4, в пересчете на оксид титана 0,98 % массовых. Порошок был смочен в количестве 2% от массы шихты путем распыления раствора LiHCO3 концентрацией 1,2 г/100мл и подвергнут второй термообработке при 950°С в течение 8 часов. Соотношение Li:(Со0,99 Ti0,01) составило 1,02.Under the conditions of example 5, a calcined nanosized powder of titanium hydroxide Ti (OH) 4 was taken in an atomic ratio Ti: Co = 0.01: 0.99 or 1.45 wt% Ti (OH) 4 , in terms of titanium oxide 0.98 % mass. The powder was moistened in an amount of 2% by weight of the charge by spraying a LiHCO 3 solution with a concentration of 1.2 g / 100 ml and subjected to a second heat treatment at 950 ° C for 8 hours. The ratio Li: (Co 0.99 Ti 0.01 ) was 1.02.

Полученный результат испытаний приведен в таблице 2 строка 6, в таблице 3 строка 6.The test result obtained is shown in table 2, line 6, in table 3, line 6.

Пример 8 осуществления способа за пределами предложенных значений способа.Example 8 of the implementation of the method outside the proposed values of the method.

В условиях примера 5, взят порошок наноструктурированного гидроксида магния 0,75 % массовых в пересчете на оксид магния, гидроксида алюминия 0,48 % массовых в пересчете на оксид алюминия и гидроксида титана 1,19 % массовых в пересчете на оксид титана, до общего атомного соотношения (Mg0,07Al0,05Тi0,05 Со0.83).Under the conditions of example 5, powder of nanostructured magnesium hydroxide was taken 0.75% by weight in terms of magnesium oxide, aluminum hydroxide 0.48% by weight in terms of aluminum oxide and titanium hydroxide 1.19% by weight in terms of titanium oxide, to the total atomic ratio (Mg 0.07 Al 0.05 Ti 0.05 Co 0.83 ).

Соотношение Li : (Мg0,0041, Al0,0013, Ti0,0029 Co 0,917 ) составило 1:1.The ratio Li: (Mg 0.0041 , Al 0.0013 , Ti 0.0029 Co 0.917 ) was 1: 1.

Полученный результат испытаний приведен в таблице 2 строка 8, в таблице 3 строка 8. Значимое изменение параметров кристаллической решетки порошка LiCoO2 в сторону увеличения. Низкое значение начальной удельной емкости.The obtained test result is shown in table 2, line 8, in table 3, line 8. Significant change in the parameters of the crystal lattice of powder LiCoO 2 in the direction of increase. Low value of the initial specific capacity.

Пример 9 осуществления способа.Example 9 of the implementation of the method.

В условиях примера 5, взят прокаленный нано порошок карбоната магния MgCO3 в атомарном отношении Mg:Со= 0,01:0,99 или 0,948 % массовых MgCO3 в пересчете на оксид магния 0,498 % массовых. Порошок был смочен 0,2 % от общей массы порошка путем распыления раствора LiОH коцентрацией 5 г\л при перемешивании порошка. Соотношение Li : (Со0,99 Mg0,011) составило 1,03. Первый этап отжига при 800°С в течение 3 часов. Under the conditions of example 5, the calcined nano powder of magnesium carbonate MgCO 3 was taken in the atomic ratio Mg: Co = 0.01: 0.99 or 0.948% by weight of MgCO 3 in terms of magnesium oxide, 0.498% by weight. The powder was moistened with 0.2% of the total weight of the powder by spraying a LiOH solution with a concentration of 5 g / L while stirring the powder. The ratio Li: (Co 0.99 Mg 0.011 ) was 1.03. The first stage of annealing at 800 ° C for 3 hours.

Полученный результат испытаний приведен в таблице 2 строка 9, в таблице 3 строка 9.The test result obtained is shown in table 2, line 9, in table 3, line 9.

Пример 10.Example 10.

Порошки карбоната лития (Li2CO3), оксида кобальта (Co3O4) и допанты на основе оксидов магния 0,75 % массовых, алюминия 0,48 %, титана 1,19 % (суммарным содержанием 2,73 % массовых в пересчете на массу LiCoO2). перемешивали до получения однородной исходной смеси реагентов и отжигали в две стадии: при 750°C в течение 5 час и при 970°C в течение 8 час.Powders of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), cobalt oxide (Co 3 O 4 ) and dopants based on magnesium oxides 0.75% by weight, aluminum 0.48%, titanium 1.19% (total content 2.73% by weight in recalculated to the mass of LiCoO 2 ). stirred until a homogeneous initial mixture of reagents was obtained and annealed in two stages: at 750 ° C for 5 hours and at 970 ° C for 8 hours.

Поверхностное модифицирование осуществляли следующим образом.Surface modification was carried out as follows.

Растворением изопропоксида Al готовили 25%-ный раствор в этаноле, в полученный раствор помещали порошок LiCoO2 таким образом, чтобы содержание Al2O3 в пересчете на массу LiCoO2 составило 4,3 % вес. Полученную смесь при перемешивании нагревали до 60°C для отгонки этанола. После этого обработанный кобальтит лития отжигали при температуре 600°C в течение 1,0 часа. Соотношение лития к кобальту 0,98 : 1,00.By dissolving Al isopropoxide, a 25% solution in ethanol was prepared, and LiCoO 2 powder was placed in the resulting solution so that the Al 2 O 3 content, based on the LiCoO 2 weight, was 4.3 wt%. The resulting mixture was heated with stirring to 60 ° C to distill off ethanol. Thereafter, the treated lithium cobaltite was annealed at a temperature of 600 ° C for 1.0 hour. The ratio of lithium to cobalt is 0.98: 1.00.

Внешний вид и морфология поверхности полученных частиц порошка приведена на фиг.1. данные длительных испытаний на деградацию удельной емкости в таблице 4, строка 1. The appearance and surface morphology of the obtained powder particles are shown in Fig. 1. the data of long-term tests for the degradation of specific capacity in table 4, line 1.

Пример 11 осуществления способа. Example 11 of the implementation of the method.

Для получения LiCoO2 взята смесь порошков крупностью менее 25 мкм карбоната лития (Li2CO3), оксида кобальта (Со3O4) в соотношении лития к кобальту 1,00. Взят порошок нано структурированного гидроксида магния 0,75 % массовых в пересчете на оксид магния, гидроксида алюминия 0,48 % массовых в пересчете на оксид алюминия и гидроксида титана 1,19 % массовых в пересчете на оксид титана, до общего атомного соотношения (Мg0,015, Al0,0075, Ti0,012) : Co 0,9655. Смесь перемешана и прошла обработку в механоактиваторе при удельной мощности 5 Вт/г в течение 5 минут с последующей термической обработкой в печи на воздухе. Первый этап отжига при 740°С в течение 4 часов, охлажденный спек размолот до порошка требуемой крупности, смочен дважды в количестве 0,2 % от массы шихты путем распыления раствора LiHCO3 концентрацией 1,2 г/100мл воды и подвергнут второй термообработке при 950°С в течение 10 часов. Охлажденный спек измельчен, классифицирован, проанализирован и подвергнут электрохимическим испытаниям. Соотношение Li : (Мg0,015, Al0,0075, Ti0,012 Co 0,9655 ) составило 1:1.To obtain LiCoO 2 , a mixture of powders with a particle size of less than 25 microns of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), cobalt oxide (Co 3 O 4 ) in the ratio of lithium to cobalt 1.00 was taken. Powder of nanostructured magnesium hydroxide was taken 0.75% by weight in terms of magnesium oxide, aluminum hydroxide 0.48% by weight in terms of aluminum oxide and titanium hydroxide 1.19% by weight in terms of titanium oxide, up to the total atomic ratio (Mg 0.015 , Al 0.0075 , Ti 0.012 ): Co 0.9655 . The mixture was mixed and processed in a mechanical activator at a specific power of 5 W / g for 5 minutes, followed by heat treatment in an oven in air. The first stage of annealing at 740 ° C for 4 hours, the cooled cake was ground to a powder of the required size, moistened twice in an amount of 0.2% of the batch weight by spraying a LiHCO 3 solution with a concentration of 1.2 g / 100 ml of water and subjected to a second heat treatment at 950 ° C for 10 hours. The cooled cake is crushed, classified, analyzed and subjected to electrochemical testing. The ratio Li: (Mg 0.015 , Al 0.0075 , Ti 0.012 Co 0.9655 ) was 1: 1.

Внешний вид и морфология поверхности полученных частиц порошка приведена на фиг. 2, данные длительных испытаний на деградацию удельной емкости в таблице 4, строка 2.The appearance and surface morphology of the obtained powder particles are shown in FIG. 2, the data of long-term tests for the degradation of specific capacity in table 4, line 2.

Пример 12 осуществления способа.Example 12 of the implementation of the method.

Для получения LiCoO2 взята смесь порошков крупностью менее 25 мкм карбоната лития (Li2CO3), оксида кобальта (Со3O4) в соотношении лития к кобальту 1,00, порошок нано структурированного гидроксида магния 0,204 % массовых в пересчете на оксид магния, гидроксида алюминия 0,08 % массовых в пересчете на оксид алюминия и гидроксида титана 0,285 % массовых в пересчете на оксид титана, до общего атомного соотношения Li : (Мg0,0041, Al0,0013, Ti0,0029 Co 0,9917). Смесь перемешана и прошла обработку в механоактиваторе при удельной мощности 10 Вт/г в течение 10 минут с последующей термической обработкой в печи на воздухе. Первый этап отжига при 740°С в течение 4 часов, охлажденный спек размолот до порошка требуемой крупности, смочен в количестве 1,2% от массы шихты путем распыления раствора LiHCO3 концентрацией 1,2 г/100мл воды и подвергнут второй термообработке при 900°С в течение 10 часов. Охлажденный спек измельчен, классифицирован, проанализирован и подвергнут электрохимическим испытаниям. Соотношение Li:(Мg0,0041, Al0,0013, Ti0,0029 Co 0,917 ) составило 1 : 1.To obtain LiCoO 2 , a mixture of powders with a particle size of less than 25 microns of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), cobalt oxide (Co 3 O 4 ) in the ratio of lithium to cobalt 1.00, powder of nanostructured magnesium hydroxide 0.204% by weight in terms of magnesium oxide , aluminum hydroxide 0.08% by weight in terms of aluminum oxide and titanium hydroxide 0.285% by weight in terms of titanium oxide, up to the total atomic ratio Li: (Mg 0.0041 , Al 0.0013 , Ti 0.0029 Co 0.9917 ). The mixture was mixed and processed in a mechanical activator at a specific power of 10 W / g for 10 minutes, followed by heat treatment in an oven in air. The first stage of annealing at 740 ° C for 4 hours, the cooled cake is ground to a powder of the required size, moistened in an amount of 1.2% of the batch weight by spraying a LiHCO 3 solution with a concentration of 1.2 g / 100 ml of water and subjected to a second heat treatment at 900 ° From within 10 hours. The cooled cake is crushed, classified, analyzed and subjected to electrochemical testing. The ratio Li: (Mg 0.0041 , Al 0.0013 , Ti 0.0029 Co 0.917 ) was 1: 1.

Внешний вид и морфология поверхности полученных частиц порошка приведена на фиг. 3, данные длительных испытаний на деградацию удельной емкости в таблице 4, строка 3.The appearance and surface morphology of the obtained powder particles are shown in FIG. 3, the data of long-term tests for the degradation of specific capacity in table 4, line 3.

Таблица 2 - Значения удельной разрядной емкости порошков LiCoO2 от цикла испытаний и примеров конкретного выполнения. Испытания по методу 1.Table 2 - Values of the specific discharge capacity of LiCoO 2 powders from the test cycle and examples of specific performance. Tests according to method 1.


Строки
No.
Strings
№ примераExample No. Удельная разрядная емкость, мАч/гSpecific discharge capacity, mAh / g
1 цикл1 cycle 5 цикл5 cycle 20 циклCycle 20 11 11 156,9156.9 152,2152.2 146,2146.2 22 22 143,8143.8 139,5139.5 138,2138.2 33 33 160,2160.2 149,5149.5 144,1144.1 44 44 155,4155.4 148,3148.3 144,9144.9 55 55 157,1157.1 148,9148.9 144,8144.8 66 66 148,1148.1 144,2144.2 142,8142.8 77 77 150,6150.6 145,8145.8 141,0141.0 8eight 8eight 132,7132.7 130,9130.9 128,3128.3 9nine 9nine 152,8152.8 146,1146.1 141,7141.7

Таблица 3 - Параметры структуры кристаллической решетки LiCoO2.Table 3 - Parameters of the crystal lattice structure of LiCoO 2 .


примера
No.
example
Параметры решеткиLattice parameters ПримечанияNotes (edit)
аa сwith с/аs / a 11 2,8132.813 14,04314.043 4,9924.992 Mg(OH)2 Mg0,07Со0,93 Mg (OH) 2 Mg 0.07 Co 0.93 22 2,8192.819 14,09914.099 5,0015,001 Mg(OH)2 Mg0,14Со0,86 Mg (OH) 2 Mg 0.14 Co 0.86 33 2,8122.812 14,04114.041 4,9934.993 MgСО3 Mg0,01Со0,99 MgCO 3 Mg 0.01 Co 0.99 44 2,8152.815 14,05214,052 4,9924.992 Al(OН)3 Al0,05Со0,95 Al (OH) 3 Al 0.05 Co 0.95 55 2,8122.812 14,03714.037 4,9924.992 Al(OН)3 Al0,005Со0,995 Al (OH) 3 Al 0.005 Co 0.995 66 2,8162.816 14,06414,064 4,9944,994 Тi(OH)4 Тi0,05Со0,95 Ti (OH) 4 Ti 0.05 Co 0.95 77 2,8142.814 14,04914.049 4,9934.993 Тi(OH)4 Тi0,01Со0,99 Ti (OH) 4 Ti 0.01 Co 0.99 8eight 2,8272.827 14,13014,130 4,9984.998 Mg(OH)2Al(OН)3Тi(OH)4Mg0,07Al0,05Тi0,05 Со0.83 Mg (OH) 2 Al (OH) 3 Ti (OH) 4 Mg 0.07 Al 0.05 Ti 0.05 Co 0.83 9nine 2,8112.811 14,02814.028 4,9904,990 MgС2О4 Mg0,01Со0,99 MgC 2 O 4 Mg 0.01 Co 0.99 10ten 2,8102.810 14,03414.034 4,9944,994 Прототип
MgO, Al2O3, ТiO2,
Al2O3 покрытие
Prototype
MgO, Al 2 O 3 , TiO 2 ,
Al 2 O 3 coating
11eleven 2,8132.813 14,05114.051 4,9954.995 Mg0,015Al0,0075Тi0,0012Со0,9758 Mg 0.015 Al 0.0075 Ti 0.0012 Co 0.9758 1212 2,8122.812 14,04814,048 4,9964.996 Mg0,0041Al0,0013Тi0,0029Со0,9917 Mg 0.0041 Al 0.0013 Ti 0.0029 Co 0.9917

Таблица 4 - Значения удельной разрядной емкости порошков LiCoO2 от цикла испытаний и примеров конкретного выполнения. Испытания по методу 2.Table 4 - Values of the specific discharge capacity of LiCoO 2 powders from the test cycle and examples of specific performance. Tests according to method 2.


примера
No.
example
деградации энергии разряда в % от начальной и от количества циклов испытанийdegradation of the discharge energy in% of the initial and the number of test cycles
100
циклов
100
cycles
200
циклов
200
cycles
300
циклов
300
cycles
400
циклов
400
cycles
500
циклов
500
cycles
10 (Прототип)10 (Prototype) 4,24.2 6,56.5 7,27.2 8,98.9 10,510.5 11eleven 2,32,3 3,83.8 5,15.1 6,16.1 7,27.2 1212 2,52.5 3,63.6 5,15.1 6,26.2 7,57.5

Claims (2)

1. Способ получения порошка литированного оксида кобальта с легированной структурой и модифицированной поверхностью, включающий смешивание исходных компонентов солей лития, оксида кобальта и добавок, отжиг в две стадии, охлаждение и поверхностное модифицирование, отличающийся тем, что в смесь исходных компонентов вводят одну или несколько легирующих добавок наноструктурированных термически разлагаемых соединений на основе солей или гидроксидов металлов Мg, Al, Ti c температурой разложения ниже 660°С в атомном соотношении металла или суммы металлов к Со до 0,07, при этом смесь подвергают диспергированию с использованием механохимического активатора при удельной мощности 5-30 Вт/г, в течение 2-10 минут, исходные компоненты солей лития и оксида кобальта берутся в мольном отношении Li:Co = (1,0-1,02):1,0, полученный спек после первого отжига измельчают до требуемого фракционного состава, добавляют до 3 мас.% литийсодержащего раствора до общего мольного соотношения Li : (Co(1-х-y-z)МgхAlyTiz) = (1,0-1,04):1, где сумма х+у+z менее 0,07, х меняется от 0 до 0,07, при этом - у, z меняются от 0 до 0,05, измельченный порошок перемешивают и отжигают повторно.1. A method of obtaining a powder of lithiated cobalt oxide with an alloyed structure and a modified surface, including mixing the initial components of lithium salts, cobalt oxide and additives, annealing in two stages, cooling and surface modification, characterized in that one or more alloying agents are introduced into the mixture of initial components. additives of nanostructured thermally decomposable compounds based on salts or hydroxides of metals Mg, Al, Ti with a decomposition temperature below 660 ° C in the atomic ratio of metal or the sum of metals to Co up to 0.07, while the mixture is subjected to dispersion using a mechanochemical activator at a specific power of 5 -30 W / g, for 2-10 minutes, the initial components of lithium salts and cobalt oxide are taken in the molar ratio Li: Co = (1.0-1.02): 1.0, the resulting cake after the first annealing is ground to the required fractional composition, add up to 3 wt.% lithium-containing solution to the total molar ratio Li: (Co (1-x-yz) Mg x Al y Ti z ) = (1.0-1.04): 1, where the sum x + y + z is less than 0.07, x changes from 0 to 0.07, while - y, z change from 0 to 0, 05, the crushed powder is mixed and re-annealed. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отжиг на первой стадии проводят предпочтительно при температуре 660-800°С в течение 3-4 часов, а повторный отжиг на второй стадии проводят предпочтительно при температуре 800-960°С в течение 6-10 часов.2. The method according to claim 1, characterized in that the annealing in the first stage is carried out preferably at a temperature of 660-800 ° C for 3-4 hours, and the re-annealing in the second stage is carried out preferably at a temperature of 800-960 ° C for 6 -10 hours.
RU2020144341A 2020-12-31 2020-12-31 Method for obtaining powder of lithium cobalt oxide with alloyed structure and modified surface RU2755526C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020144341A RU2755526C1 (en) 2020-12-31 2020-12-31 Method for obtaining powder of lithium cobalt oxide with alloyed structure and modified surface

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020144341A RU2755526C1 (en) 2020-12-31 2020-12-31 Method for obtaining powder of lithium cobalt oxide with alloyed structure and modified surface

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2755526C1 true RU2755526C1 (en) 2021-09-16

Family

ID=77745864

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020144341A RU2755526C1 (en) 2020-12-31 2020-12-31 Method for obtaining powder of lithium cobalt oxide with alloyed structure and modified surface

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2755526C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115249802A (en) * 2022-08-30 2022-10-28 天津大学 High-voltage lithium cobalt oxide and preparation method and application thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1281673A1 (en) * 2001-08-03 2003-02-05 Toda Kogyo Corporation Cobalt oxide particles and process for producing the same, cathode active material for non-aqueous electrolyte secondary cell and process for producing the same, and non-aqueous electrolyte secondary cell
RU2307429C1 (en) * 2006-04-20 2007-09-27 Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук (ИХТТМ СО РАН) Method for producing laminated-structure surface-modified cathode material for lithium and lithium-ion batteries
US20140209834A1 (en) * 2008-06-03 2014-07-31 Sued-Chemie Ip Gmbh & Co. Kg Process for the preparation of lithium titanium spinel and its use
RU2583049C1 (en) * 2014-12-02 2016-05-10 Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" (ОАО "НЗХК") Method of producing surface-modified lithiated cobalt oxide

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1281673A1 (en) * 2001-08-03 2003-02-05 Toda Kogyo Corporation Cobalt oxide particles and process for producing the same, cathode active material for non-aqueous electrolyte secondary cell and process for producing the same, and non-aqueous electrolyte secondary cell
RU2307429C1 (en) * 2006-04-20 2007-09-27 Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук (ИХТТМ СО РАН) Method for producing laminated-structure surface-modified cathode material for lithium and lithium-ion batteries
US20140209834A1 (en) * 2008-06-03 2014-07-31 Sued-Chemie Ip Gmbh & Co. Kg Process for the preparation of lithium titanium spinel and its use
RU2583049C1 (en) * 2014-12-02 2016-05-10 Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" (ОАО "НЗХК") Method of producing surface-modified lithiated cobalt oxide

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115249802A (en) * 2022-08-30 2022-10-28 天津大学 High-voltage lithium cobalt oxide and preparation method and application thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11444279B2 (en) High tap density lithium positive electrode active material, intermediate and process of preparation
US10483538B2 (en) Mixed oxide containing a lithium manganese spinel and process for its preparation
KR100506575B1 (en) Lithium manganate, method of producing the same, and lithium cell produced by the method
KR100723575B1 (en) Positive electrode active materials for secondary batteries and methods of preparing same
US9437873B2 (en) Spinel-type lithium manganese-based composite oxide
JP2008166269A (en) Li-ni compound oxide particle powder for nonaqueous electrolyte secondary battery and its manufacturing method, as well as nonaqueous electrolyte secondary battery
CN109713251B (en) Lithium ion battery anode material and preparation method and application thereof
CN101752559B (en) Titanium oxide compound for use in electrode and lithium secondary battery comprising the same
CN114447309B (en) Sodium ion doped lithium ion battery positive electrode material and preparation method thereof
JPH11171551A (en) Lithium manganese multiple oxide, its production and use
RU2755526C1 (en) Method for obtaining powder of lithium cobalt oxide with alloyed structure and modified surface
TW201912585A (en) Preparation method and application of lithium-lithium nickel manganese oxide enriched cathode composite synthesizing the lithium-lithium nickel manganese oxide enriched cathode composite by using a solid phase method
JP7135354B2 (en) Positive electrode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary battery, method for producing positive electrode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary battery, method for producing positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery
US6475672B1 (en) Lithium manganese oxide, and process for its production and secondary cell employing it
JP2002326818A (en) Production method of slurry and production method of lithium transition metal compound oxide
JP7119302B2 (en) Positive electrode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary battery, method for producing positive electrode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary battery, method for producing positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery
JP4055269B2 (en) Manganese oxide and method for producing the same, lithium manganese composite oxide using manganese oxide, and method for producing the same
JP2010073370A (en) Positive active material for lithium battery
JP4654488B2 (en) Positive electrode material for lithium ion secondary battery, positive electrode and battery using the same
JP2021134100A (en) Spinel-type lithium manganate and method for producing the same, and use thereof
US7829223B1 (en) Process for preparing lithium ion cathode material
Guo et al. Characterization of nanoparticles of LiMn2O4 synthesized by a one-step intermediate-temperature solid-state reaction
CN114436336A (en) EMD-based method for preparing lithium manganate electrode material, lithium manganate electrode material and application thereof
JP2022110636A (en) Spinel type lithium manganate, method for producing the same, and use of the same
CN117199336A (en) Surface gradient doped lithium-rich manganese-based positive electrode material with composite structure and preparation method thereof