专利名称：锂离子二次电池正极材料(钴酸锂)的液相合成工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及便携式电子视听设备电源的制造工艺，尤其涉及锂离子二次电池正极材料(钴酸锂)的液相合成工艺。
锂离子二次电池的正极材料主要有钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂等，它们的工作电压一般在4V(Vs，Li)左右，其中具有层状结构的钴酸锂由于制作容易控制，且性能稳定，比容量高，循环性能好，所以目前商品化的锂离子二次电池大都采用钴酸锂作为正极材料。钴酸锂的合成现在大都采用固相反应法，即采用锂和钴的氢氧化物或碳酸盐，在800～900℃的高温下长时间煅烧，该方法的优点是工艺简单，但也存在明显的缺陷合成材料的成份不均匀，颗粒大而且分布范围宽，煅烧温度高而且时间长。一般来说，正极材料必须具备好的晶体结构、成份均匀、亚微米尺寸粒径、粒径分布窄、比表面积大等才能获得较高的电化学性能，很显然固相法难以满足这些条件。
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种合成温度低，得到的产品纯度高、化学组成均匀的锂离子二次电池正极材料(钴酸锂)的液相合成工艺。
本发明的目的可以通过以下方式来实现锂离子二次电池正极材料(钴酸锂)的液相合成工艺，其特征在于它采用聚乙烯醇(PVA)或聚乙二醇(PEG)水溶液为溶剂，锂盐、钴盐分别溶解在PVA或PEG水溶液中，锂、钴的摩尔比为1～1．2∶1，混合后的溶液在100～200℃搅拌并加热，浓缩形成凝胶，生成的凝胶体在440～460℃加热分解，然后再在500～700℃空气中煅烧2～3小时，将烧成的粉体碾磨，过筛即得到钴酸锂粉。
所述的PVA或PEG水溶液的浓度为2％～10％(重量)。
所述的锂盐是可溶性的有机酸或无机酸的锂盐。
所述的可溶性的有机酸或无机酸的锂盐可以是乙酸锂或硝酸锂。
所述的钴盐是可溶性的有机酸或无机酸的钴盐。
所述的可溶性的有机酸或无机酸的钴盐可以是乙酸钴或硝酸钴。
所述的锂、钴的摩尔比最佳为1∶1。
与现有技术相比，本发明采用的是液相法，具体地说是采用溶胶-凝胶法，该方法可以制备高性能的正极材料，因为溶胶-凝胶技术以其在分子水平设计和控制材料的结构、性能方面，已成为研制高新技术材料的一种先进的工艺方法。该方法的特点是合成温度低，得到的产品纯度高、化学组成均匀。采用该方法合成的钴酸锂正极材料具有以下性能1．金属成份典型数值(ICP法)Co56％wtLi7．07％wt在本方法的检测精度下，未测出其他金属元素。
2．粉末颗粒粒径(XL-30型，SEM法)颗粒平均粒径～1μm。
3．粉末结构〔x-ray Diffraction Pattern(Cu kα)〕层状结构。
4．材料电性能比容量140mAh／g(3．3～4．3V Vs．Li三电极法)由此可见，采用本发明工艺制备的钴酸锂正极材料纯度高，粒度分布均匀，粉末结构为标准的层状结构，其电压平台4V左右，比容量达到140mAh／g，具有优良的电性能。
图1为本发明的工艺流程图；图2为本发明合成的正极材料钴酸锂粉末颗粒分布照片；图3为本发明合成的正极材料钴酸锂粉末结构X射线衍射图；图4为本发明合成的正极材料钴酸锂粉末充放电性能图。
下面结合附图及实施例，对本发明作进一步说明实施例1取2％wt PVA水溶液200ml，在室温下分别加入乙酸锂9．182克和乙酸钴22．417克，搅拌溶解后加热至100℃蒸发、浓缩，然后加热至200℃，溶液形成凝胶体，将凝胶体装入坩锅中，在450℃空气中使有机物分解，最后在650℃煅烧2小时，即可得到钴酸锂粉。
实施例2取8％wt PEG水溶液200ml，在室温下分别加入硝酸锂6．2055克和硝酸钴26．193克，搅拌溶解后加热至95℃蒸发、浓缩，然后加热至190℃，溶液形成凝胶体，将凝胶体装入坩锅中，在440℃空气中使有机物分解，最后在500℃煅烧3小时，即可得到钴酸锂粉。
实施例3取4％wt PVA水溶液200ml，在室温下分别加入乙酸锂9．182克和硝酸钴26．193克，搅拌溶解后加热至100℃蒸发、浓缩，然后加热至200℃，溶液形成凝胶体，将凝胶体装入坩锅中，在460℃空气中使有机物分解，最后在700℃煅烧2．5小时，即可得到钴酸锂粉。
权利要求
1．锂离子二次电池正极材料(钴酸锂)的液相合成工艺，其特征在于它采用聚乙烯醇(PVA)或聚乙二醇(PEG)水溶液为溶剂，锂盐、钴盐分别溶解在PVA或PEG水溶液中，锂、钴的摩尔比为1-1．2∶1，混合后的溶液在100～200℃搅拌并加热，浓缩形成凝胶，生成的凝胶体在440～460℃加热分解，然后再在500～700℃空气中煅烧2～3小时，将烧成的粉体碾磨，过筛即得到钴酸锂粉。
2．根据权利要求1所述的锂离子二次电池正极材料(钴酸锂)的液相合成工艺，其特征在于所述的PVA或PEG水溶液的浓度为2％～10％(重量)。
3．根据权利要求1所述的锂离子二次电池正极材料(钴酸锂)的液相合成工艺，其特征在于所述的锂盐是可溶性的有机酸或无机酸的锂盐。
4．根据权利要求3所述的锂离子二次电池正极材料(钴酸锂)的液相合成工艺，其特征在于所述的可溶性的有机酸或无机酸的锂盐可以是乙酸锂或硝酸锂。
5．根据权利要求1所述的锂离子二次电池正极材料(钴酸锂)的液相合成工艺，其特征在于所述的钴盐是可溶性的有机酸或无机酸的钴盐。
6．根据权利要求5所述的锂离子二次电池正极材料(钴酸锂)的液相合成工艺，其特征在于所述的可溶性的有机酸或无机酸的钴盐可以是乙酸钴或硝酸钴。
7．根据权利要求1所述的锂离子二次电池正极材料(钴酸锂)的液相合成工艺，其特征在于所述的锂、钴的摩尔比最佳为1∶1。
全文摘要
本发明涉及锂离子二次电池正极材料(钴酸锂)的液相合成工艺,它采用聚乙烯醇(PVA)或聚乙二醇(PEG)水溶液为溶剂,锂盐、钴盐分别溶解在PVA或PEG水溶液中,混合后的溶液经过加热,浓缩形成凝胶,生成的凝胶体再进行加热分解,然后在高温下煅烧,将烧成的粉体碾磨、过筛即得到钴酸锂粉。与现有技术相比,本发明具有合成温度低,得到的产品纯度高、化学组成均匀等优点。
文档编号H01M4/04GK1280395SQ99113860
公开日2001年1月17日 申请日期1999年7月8日 优先权日1999年7月8日
发明者沈十林, 倪瑞澄, 周欣山, 李从武 申请人:上海维安热电材料有限公司