一种电池正极材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种电池正极材料及其制备方法。

背景技术：

1、目前，licoo2在20世纪80年代首次被认为是一种具有良好潜力的正极材料，在所有商业化的正极材料中具有更高的能量密度。licoo2具有许多优势，包括高理论容量、锂离子/电子电导率、理论密度和压缩电极密度。licoo2的理论容量高达274mah/g，但在可接受的循环可逆性水平下，其实际放电容量仅约173mah/g(4.45v)。通过增加充电截止电压来提取更多的li+，可以进一步提高licoo2的容量，例如在4.5v的充电电压下，放电容量约185mah/g，增加6.9％。在4.6v的充电电压下，放电容量约220mah/g，增加27.2％。

2、但是，增加充电电压的做法会导致一些问题，例如循环效率和容量的快速衰减。更具体地说，当电压达到4.5v时，会出现从o3六方相到杂化o1-o3六方相的有害相变(记为h1-3相，其中o表示八面体位，3表示氧层的堆叠顺序abcabc,1表示abab)，并伴随着晶格板的滑动和o3晶格结构的部分坍塌，因此内部应变增加，导致裂纹形成和颗粒粉碎。同时，高压失氧进一步带来不可逆相变甚至安全隐患。除了会破坏licoo2的结构，表面失稳是另一个关键问题，在高荷电状态下尤为严重。高价co/o可能引发不需要的界面副反应，涉及电解质的氧化。所有这些因素加起来导致licoo2在高压下的性能严重下降。所以需要对钴酸锂进行改性。

3、目前对钴酸锂正极材料改性常用的方法有两种：一种是元素掺杂法，一种是包覆法。元素掺杂主要是掺杂各种过渡金属离子mn,fe,cu或zn等，在实践中，多元素共掺杂是很常见的，多种掺杂剂之间所需的协同效应需要进一步探索。表面包覆也是提高正极材料热稳定性和结构稳定性的有效方法之一，不仅提高了材料的表面活性，而且为材料提供了新的物理、化学和机械性能。表面包覆材料的结构主要有两种:一种是用厚度为几个纳米的异质材料包覆正极材料颗粒的表面；另一种是在正极材料表面上包覆不同层的不同材料，以形成复合材料结构。表面包覆有效地抑制了电极和电解质之间的相互作用，从而改善了锂离子电池的电化学性能。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种电池正极材料，它能够提高钴酸锂正极材料的放电电压，改善licoo2在高充电截止电压4.6v下的循环和倍率性能。

2、本发明解决上述技术问题采取的技术方案是：一种电池正极材料，材料中含有licpon包覆的licoo2。

3、进一步，licoo2和licpon的质量比为100：(0.5～3)。

4、本发明还提供了一种电池正极材料的制备方法，方法的步骤中含有：

5、s01：将钴酸锂粉末和licpon粉末或钴酸锂粉末和li3po4/c的混合粉末混合加入反应器后，加入分散剂，通入反应气体，球磨混合，得第一产物；

6、s02：将第一产物取出，烘干并去除分散剂，得第二产物；

7、s03：将第二产物干燥后在温度环境下通入气体进行固相反应，然后降温冷却后得到最终电池正极材料。

8、进一步，所述反应器为刚玉球磨罐。

9、进一步，通入的反应气体为氮气、氧气、氩气中的至少一种。

10、进一步，所述分散剂为乙醇、乙腈、乙醚中的至少一种。

11、进一步，球磨所使用的球磨机的参数如下：转速为200～1000转/min；和/或球磨反应时间3～24小时；和/或球磨珠和材料的球料质量比保持在(5～50)：1。

12、进一步，步骤s02中，烘干温度为60～100℃，烘干时间为2～24小时。

13、进一步，步骤s03具体为：取出适量第二产物放入瓷舟中，将瓷舟放入管式炉中在温度环境下通入气体进行煅烧。

14、进一步，在管式炉中，升温速度为1～10℃/min；和/或煅烧过程中通入的气体为氩气或氩气和氮气的混合气或氩气和氢气的混合气。

15、进一步，取出适量电池正极材料，根据电池正极材料：sp＝8：1的质量比例先将正极材料和导电碳在玛瑙研钵中手磨，使之混合均匀，然后根据电池正极材料：sp：pvdf＝8：1：1的质量比例配置浆料。

16、采用了上述技术方案后，本发明具有以下的有益效果：

17、(1)本发明制备的电池正极材料纯度高，无杂相，晶格结构没有遭到破坏，颗粒细小均匀，提高了样品的比表面积，提供了更多的扩散通道。

18、(2)本发明提供了一种方法，其在球磨过程中通入的反应气体中含有氮气，在高速球磨条件下，licpon包覆licoo2正极材料，licpon与licoo2材料之间形成良好的协同作用，改善了licoo2正极材料的电子以及离子电导率，licpon包覆层能避免licoo2与电解液的直接接触，抑制licoo2在高电压下电解液分解等副反应从而提高licoo2的电化学性能。

19、(3)本发明所制备出的包覆改性钴酸锂正极材料可以有效的提高充放电的截止电压，在高截止电压下循环也可以获得高容量，循环稳定性好，此外还具有材料的稳定性好，安全性能好的优点。

20、(4)本发明提供的制备方法，该方法操作简单，无污染，安全性高，可以大规模的投入生产。

技术特征：

1.一种电池正极材料，其特征在于材料中含有licpon包覆的licoo2。

2.根据权利要求1所述的电池正极材料，其特征在于，

3.一种如权利要求1或2所述的电池正极材料的制备方法，其特征在于方法的步骤中含有：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，

9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，

11.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种电池正极材料及其制备方法，电池正极材料中含有LiCPON包覆的LiCoO<subgt;2</subgt;。它能够提高钴酸锂正极材料的放电电压，改善LiCoO<subgt;2</subgt;在高充电截止电压4.6V下的循环和倍率性能。

技术研发人员：颜辉,胡译文
受保护的技术使用者：复阳固态储能科技（溧阳）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13