一种锂电池正极材料及使用该正极材料的锂电池的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种锂电池正极材料，所述锂电池正极材料包含钴酸锂，所述钴酸锂的粒径D50为2～16μm，所述钴酸锂的比表面积为0.2～1.0m2/g。本发明所述锂电池正极材料，通过发明人对钴酸锂粒径和比表面积的大量研究，最终发现当钴酸锂的粒径和比表面积在上述范围时，可使得锂离子嵌入的路径短，阻力小，使得电池的阻抗低，达到锂电池的低温放电要求。另外，本发明还公开了一种含有如上所述正极材料的锂电池，所述锂电池由于采用含有小粒径钴酸锂的正极材料，离子阻抗小，有利于锂离子的嵌入，使得所述锂电池的在低温下的放电容量保持率得到有效的提高。
【专利说明】 一种锂电池正极材料及使用该正极材料的锂电池
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电池用正极材料及使用该正极材料的电池，尤其是一种锂电池用正极材料及使用该正极材料的锂电池。
【背景技术】
[0002]锂电池是一种比能量高的储能器件，具有放电电压稳定，工作温度范围宽，自放电率低，循环充放电、储存寿命长、无记忆效应及无公害等优点。目前，随着锂离子电池的应用领域越来越广泛，不同用户对锂离子电池的要求也不相同。在低温锂电池这一领域，对低温放电的容量要求越来越高。
[0003]作为影响锂电池性能的重要组件，锂电池的正极活性物质的作用至关重要，在锂电池里面，正极活性物质作为高电势的正极，提供可供脱嵌的锂离子的作用。
[0004]在放电过程中，锂离子从负极脱嵌，重新回到正极，锂离子在嵌入到正极的过程会遇到一些阻力，所以，减少锂离子嵌入的阻力对低温放电是有益的。
[0005]CN102325478A公开一种锂离子电池体系及改善锂电池低温放电性能的方法，在此专利申请文件中，虽然其中正极体系中采用的钴酸锂的粒径较小，但其仅能够达到在_20°C放电时容量保持率达到85%以上，而且其技术效果是由正极体系、负极体系和电解液三者之间的共同作用实现的，因此，该文献所公开的锂电池仍然无法满足对低温放电的容量要求。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种适合锂电池低温放电的正极材料；同时，本发明的另一个目的在于提供一种含有所述正极材料的锂电池。
[0007]为实现上述目的，本发明采取的技术方案为:一种锂电池正极材料，所述锂电池正极材料包含钴酸锂，所述钴酸锂的粒径D50为2?16 μ m，所述钴酸锂的比表面积为0.2?
1.0m2/g。
[0008]粒径D50和比表面积是钴酸锂的一种重要指标，粒径越小，锂离子嵌入的路径短，阻力小，电池的阻抗低。但对钴酸锂来说，粒径并不是越小越好，粒径太小，其压实密度受到影响，电池的能量密度就低。本申请发明人通过对钴酸锂粒径和比表面积的大量研究，最终发现当钴酸锂的粒径和比表面积在上述范围时，可达到锂电池的低温放电要求。
[0009]作为本发明所述锂电池正极材料的优选实施方式，所述钴酸锂的粒径D50为2?10 μ m,所述钴酸锂的比表面积为0.4?1.0m2/g。
[0010]作为本发明所述锂电池正极材料的更优选实施方式，所述钴酸锂的粒径D50为2?4μ m,所述钴酸锂的比表面积为0.7?1.0m2/g。
[0011]作为本发明所述锂电池正极材料的更优选实施方式，所述钴酸锂的粒径D50为3?4μ m,所述钴酸锂的比表面积为0.7?0.8m2/g。
[0012]作为本发明所述锂电池正极材料的最优选实施方式，所述钴酸锂的粒径D50为3 μ m，所述钴酸锂的比表面积为0.8m2/g。本申请发明人在研究过程中，意外发现，当钴酸锂的粒径D50为3 μ m，且比表面积为0.8m2/g时，在相同的条件下，所制得的锂电池中，锂离子在低温-40°C放电容量保持率可提升30%，对锂电池的低温放电容量保持率有意外的显著提闻。
[0013]作为本发明所述锂电池正极材料的优选实施方式，所述锂电池正极材料还包含超级导电碳黑、聚偏二氟乙烯、N-甲基吡咯烷酮。
[0014]作为本发明所述锂电池正极材料的优选实施方式，所述钴酸锂、超级导电碳黑和聚偏二氟乙烯的质量比为钴酸锂:超级导电碳黑:聚偏二氟乙烯=95:3:2。
[0015]一种如上所述锂电池正极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤:
[0016](I)分别称取所需量钴酸锂、超级导电碳黑、聚偏二氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮；
[0017](2)依次将称取的钴酸锂、超级导电碳黑、聚偏二氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮逐步加入到搅拌罐中搅拌，制备浆料；
[0018](3)将制备得到的浆料进行涂布，制成极片，即得正极材料。
[0019]一种锂电池，所述锂电池包含如上任一所述的正极材料。所述锂电池由于含有上述所述的正极材料，所述的正极材料中含有钴酸锂的粒径D50较小，钴酸锂的粒径D50是决定锂离子阻抗的重要因素，本申请发明人通过大量的试验研究和优化，得到了有利于锂电池低温放电的钴酸锂的性能数据。所述锂电池由于采用含有小粒径钴酸锂的正极材料，离子阻抗小，有利于锂离子的嵌入，使得所述锂电池的在低温下的放电容量保持率得到有效的提闻。
[0020]本发明所述锂电池正极材料，其中所含的钴酸锂的粒径D50较小，可使得锂离子嵌入的路径短，阻力小，使得电池的阻抗低。本发明所述使用上述正极材料的锂电池，由于其中的正极材料中的钴酸锂的粒径D50较小，锂离子在嵌入到正极过程的路径短，阻力小，有利于锂离子的嵌入，所述锂电池的阻抗低，从而显著提高了锂电池在低温下的放电容量
保持率。
【具体实施方式】
[0021]为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0022]实施例1
[0023]本实施例所述锂电池正极材料，其中含有的钴酸锂的粒径D50为16 μ m，钴酸锂的比表面积为0.2m2/g，本实施例的正极材料采用以下方法制备而成:
[0024](I)分别准备一定量的钴酸锂、超级导电碳黑(SP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、N_甲基吡咯烷酮(NMP)；
[0025](2)按照钴酸锂:超级导电碳黑、聚偏二氟乙烯=95:3:2的配比称重，然后依次将钴酸锂、超级导电碳黑(SP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)逐步加入到搅拌罐中搅拌，制备浆料；
[0026](3)将制备得到的浆料进行涂布，制成极片，即得本实施例锂电池正极材料。
[0027]实施例2
[0028]本实施例所述锂电池正极材料中，除了其中含有的钴酸锂的粒径D50为12 μ m，钴酸锂的比表面积为0.4m2/g，其余成分及制备方法与实施例1完全相同。
[0029]实施例3
[0030]本实施例所述锂电池正极材料中，除了其中含有的钴酸锂的粒径D50为10 μ m，钴酸锂的比表面积为0.4m2/g，其余成分及制备方法与实施例1完全相同。
[0031]实施例4
[0032]本实施例所述锂电池正极材料中，除了其中含有的钴酸锂的粒径D50为8μπι，钴酸锂的比表面积为0.5m2/g，其余成分及制备方法与实施例1完全相同。
[0033]实施例5
[0034]本实施例所述锂电池正极材料中，除了其中含有的钴酸锂的粒径D50为5μπι，钴酸锂的比表面积为0.6m2/g，其余成分及制备方法与实施例1完全相同。
[0035]实施例6 [0036]本实施例所述锂电池正极材料中，除了其中含有的钴酸锂的粒径D50为4μπι，钴酸锂的比表面积为0.7m2/g，其余成分及制备方法与实施例1完全相同。
[0037]实施例7
[0038]本实施例所述锂电池正极材料中，除了其中含有的钴酸锂的粒径D50为3μπι，钴酸锂的比表面积为0.8m2/g，其余成分及制备方法与实施例1完全相同。
[0039]实施例8
[0040]本实施例所述锂电池正极材料中，除了其中含有的钴酸锂的粒径D50为2 μ m，钴酸锂的比表面积为1.0m2/g，其余成分及制备方法与实施例1完全相同。
[0041]实施例9
[0042]本发明锂电池正极材料与锂电池低温放电容量保持率的影响
[0043]本实施例采用对照组和发明组的方式，其中发明组分为发明组1-8，发明组1-8分别采用实施例1-8制备得到的锂电池正极材料；对照组采用的锂电池正极材料除钴酸锂的粒径和比表面积与实施例1不同外，其余均与实施例1相同，对照组采用的锂电池正极材料中钴酸锂的粒径为18 μ m,比表面积为0.2m2/go
[0044]分别采用发明组和对照组的锂电池正极材料，按照现有的常用工艺流程制作成电芯，分别得发明组和对照组锂电池正极材料制备得到的锂电池。分别将发明组和对照组制备得到的锂电池在相同的温度(-40°C )、相同的放电电流(200mAh)下放电5h，放电后分别检测发明组和对照组的容量保持率，结果如表1所示。
[0045]表1发明组和对照组的容量保持率对比表
[0046]
【权利要求】
1.一种锂电池正极材料，其特征在于，所述锂电池正极材料包含钴酸锂，所述钴酸锂的粒径D50为2?16 μ m，所述钴酸锂的比表面积为0.2?1.0m2/g。
2.如权利要求1所述的锂电池正极材料，其特征在于，所述钴酸锂的粒径D50为2?10 μ m,所述钴酸锂的比表面积为0.4?1.0m2/g。
3.如权利要求2所述的锂电池正极材料，其特征在于，所述钴酸锂的粒径D50为2?4 μ m,所述钴酸锂的比表面积为0.7?1.0m2/g。
4.如权利要求3所述的锂电池正极材料，其特征在于，所述钴酸锂的粒径D50为3?4 μ m,所述钴酸锂的比表面积为0.7?0.8m2/g。
5.如权利要求4所述的锂电池正极材料，其特征在于，所述钴酸锂的粒径D50为3μ m,所述钴酸锂的比表面积为0.8m2/g。
6.如权利要求1所述的锂电池正极材料，其特征在于，所述锂电池正极材料还包含超级导电碳黑、聚偏二氟乙烯、N-甲基吡咯烷酮。
7.如权利要求6所述的锂电池正极材料，其特征在于，所述钴酸锂、超级导电碳黑和聚偏二氟乙烯的质量比为钴酸锂:超级导电碳黑:聚偏二氟乙烯=95:3:2。
8.—种如权利要求6或7所述锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: (O分别称取所需量钴酸锂、超级导电碳黑、聚偏二氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮； (2)依次将称取的钴酸锂、超级导电碳黑、聚偏二氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮逐步加入到搅拌罐中搅拌，制备浆料； (3)将制备得到的浆料进行涂布，制成极片，即得正极材料。
9.一种含有如权利要求1-7任一所述正极材料的锂电池。
【文档编号】H01M4/525GK103579615SQ201310362814
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年8月19日 优先权日:2013年8月19日
【发明者】吕正中, 王波, 袁中直 申请人:惠州亿纬锂能股份有限公司