一種鋰電池正極材料及使用該正極材料的鋰電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種鋰電池正極材料,所述鋰電池正極材料包含鈷酸鋰,所述鈷酸鋰的粒徑D50為2~16μm,所述鈷酸鋰的比表面積為0.2~1.0m2/g。本發(fā)明所述鋰電池正極材料,通過(guò)發(fā)明人對(duì)鈷酸鋰粒徑和比表面積的大量研究,最終發(fā)現(xiàn)當(dāng)鈷酸鋰的粒徑和比表面積在上述范圍時(shí),可使得鋰離子嵌入的路徑短,阻力小,使得電池的阻抗低,達(dá)到鋰電池的低溫放電要求。另外,本發(fā)明還公開(kāi)了一種含有如上所述正極材料的鋰電池,所述鋰電池由于采用含有小粒徑鈷酸鋰的正極材料,離子阻抗小,有利于鋰離子的嵌入,使得所述鋰電池的在低溫下的放電容量保持率得到有效的提高。
【專利說(shuō)明】 一種鋰電池正極材料及使用該正極材料的鋰電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電池用正極材料及使用該正極材料的電池,尤其是一種鋰電池用正極材料及使用該正極材料的鋰電池。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰電池是一種比能量高的儲(chǔ)能器件,具有放電電壓穩(wěn)定,工作溫度范圍寬,自放電率低,循環(huán)充放電、儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)及無(wú)公害等優(yōu)點(diǎn)。目前,隨著鋰離子電池的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛,不同用戶對(duì)鋰離子電池的要求也不相同。在低溫鋰電池這一領(lǐng)域,對(duì)低溫放電的容量要求越來(lái)越高。
[0003]作為影響鋰電池性能的重要組件,鋰電池的正極活性物質(zhì)的作用至關(guān)重要,在鋰電池里面,正極活性物質(zhì)作為高電勢(shì)的正極,提供可供脫嵌的鋰離子的作用。
[0004]在放電過(guò)程中,鋰離子從負(fù)極脫嵌,重新回到正極,鋰離子在嵌入到正極的過(guò)程會(huì)遇到一些阻力,所以,減少鋰離子嵌入的阻力對(duì)低溫放電是有益的。
[0005]CN102325478A公開(kāi)一種鋰離子電池體系及改善鋰電池低溫放電性能的方法,在此專利申請(qǐng)文件中,雖然其中正極體系中采用的鈷酸鋰的粒徑較小,但其僅能夠達(dá)到在_20°C放電時(shí)容量保持率達(dá)到85%以上,而且其技術(shù)效果是由正極體系、負(fù)極體系和電解液三者之間的共同作用實(shí)現(xiàn)的,因此,該文獻(xiàn)所公開(kāi)的鋰電池仍然無(wú)法滿足對(duì)低溫放電的容量要求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種適合鋰電池低溫放電的正極材料;同時(shí),本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種含有所述正極材料的鋰電池。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:一種鋰電池正極材料,所述鋰電池正極材料包含鈷酸鋰,所述鈷酸鋰的粒徑D50為2?16 μ m,所述鈷酸鋰的比表面積為0.2?
1.0m2/g。
[0008]粒徑D50和比表面積是鈷酸鋰的一種重要指標(biāo),粒徑越小,鋰離子嵌入的路徑短,阻力小,電池的阻抗低。但對(duì)鈷酸鋰來(lái)說(shuō),粒徑并不是越小越好,粒徑太小,其壓實(shí)密度受到影響,電池的能量密度就低。本申請(qǐng)發(fā)明人通過(guò)對(duì)鈷酸鋰粒徑和比表面積的大量研究,最終發(fā)現(xiàn)當(dāng)鈷酸鋰的粒徑和比表面積在上述范圍時(shí),可達(dá)到鋰電池的低溫放電要求。
[0009]作為本發(fā)明所述鋰電池正極材料的優(yōu)選實(shí)施方式,所述鈷酸鋰的粒徑D50為2?10 μ m,所述鈷酸鋰的比表面積為0.4?1.0m2/g。
[0010]作為本發(fā)明所述鋰電池正極材料的更優(yōu)選實(shí)施方式,所述鈷酸鋰的粒徑D50為2?4μ m,所述鈷酸鋰的比表面積為0.7?1.0m2/g。
[0011]作為本發(fā)明所述鋰電池正極材料的更優(yōu)選實(shí)施方式,所述鈷酸鋰的粒徑D50為3?4μ m,所述鈷酸鋰的比表面積為0.7?0.8m2/g。
[0012]作為本發(fā)明所述鋰電池正極材料的最優(yōu)選實(shí)施方式,所述鈷酸鋰的粒徑D50為3 μ m,所述鈷酸鋰的比表面積為0.8m2/g。本申請(qǐng)發(fā)明人在研究過(guò)程中,意外發(fā)現(xiàn),當(dāng)鈷酸鋰的粒徑D50為3 μ m,且比表面積為0.8m2/g時(shí),在相同的條件下,所制得的鋰電池中,鋰離子在低溫-40°C放電容量保持率可提升30%,對(duì)鋰電池的低溫放電容量保持率有意外的顯著提聞。
[0013]作為本發(fā)明所述鋰電池正極材料的優(yōu)選實(shí)施方式,所述鋰電池正極材料還包含超級(jí)導(dǎo)電碳黑、聚偏二氟乙烯、N-甲基吡咯烷酮。
[0014]作為本發(fā)明所述鋰電池正極材料的優(yōu)選實(shí)施方式,所述鈷酸鋰、超級(jí)導(dǎo)電碳黑和聚偏二氟乙烯的質(zhì)量比為鈷酸鋰:超級(jí)導(dǎo)電碳黑:聚偏二氟乙烯=95:3:2。
[0015]一種如上所述鋰電池正極材料的制備方法,所述方法包括以下步驟:
[0016](I)分別稱取所需量鈷酸鋰、超級(jí)導(dǎo)電碳黑、聚偏二氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮;
[0017](2)依次將稱取的鈷酸鋰、超級(jí)導(dǎo)電碳黑、聚偏二氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮逐步加入到攪拌罐中攪拌,制備漿料;
[0018](3)將制備得到的漿料進(jìn)行涂布,制成極片,即得正極材料。
[0019]一種鋰電池,所述鋰電池包含如上任一所述的正極材料。所述鋰電池由于含有上述所述的正極材料,所述的正極材料中含有鈷酸鋰的粒徑D50較小,鈷酸鋰的粒徑D50是決定鋰離子阻抗的重要因素,本申請(qǐng)發(fā)明人通過(guò)大量的試驗(yàn)研究和優(yōu)化,得到了有利于鋰電池低溫放電的鈷酸鋰的性能數(shù)據(jù)。所述鋰電池由于采用含有小粒徑鈷酸鋰的正極材料,離子阻抗小,有利于鋰離子的嵌入,使得所述鋰電池的在低溫下的放電容量保持率得到有效的提聞。
[0020]本發(fā)明所述鋰電池正極材料,其中所含的鈷酸鋰的粒徑D50較小,可使得鋰離子嵌入的路徑短,阻力小,使得電池的阻抗低。本發(fā)明所述使用上述正極材料的鋰電池,由于其中的正極材料中的鈷酸鋰的粒徑D50較小,鋰離子在嵌入到正極過(guò)程的路徑短,阻力小,有利于鋰離子的嵌入,所述鋰電池的阻抗低,從而顯著提高了鋰電池在低溫下的放電容量
保持率。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為更好的說(shuō)明本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn),下面將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0022]實(shí)施例1
[0023]本實(shí)施例所述鋰電池正極材料,其中含有的鈷酸鋰的粒徑D50為16 μ m,鈷酸鋰的比表面積為0.2m2/g,本實(shí)施例的正極材料采用以下方法制備而成:
[0024](I)分別準(zhǔn)備一定量的鈷酸鋰、超級(jí)導(dǎo)電碳黑(SP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、N_甲基吡咯烷酮(NMP);
[0025](2)按照鈷酸鋰:超級(jí)導(dǎo)電碳黑、聚偏二氟乙烯=95:3:2的配比稱重,然后依次將鈷酸鋰、超級(jí)導(dǎo)電碳黑(SP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)逐步加入到攪拌罐中攪拌,制備漿料;
[0026](3)將制備得到的漿料進(jìn)行涂布,制成極片,即得本實(shí)施例鋰電池正極材料。
[0027]實(shí)施例2
[0028]本實(shí)施例所述鋰電池正極材料中,除了其中含有的鈷酸鋰的粒徑D50為12 μ m,鈷酸鋰的比表面積為0.4m2/g,其余成分及制備方法與實(shí)施例1完全相同。
[0029]實(shí)施例3
[0030]本實(shí)施例所述鋰電池正極材料中,除了其中含有的鈷酸鋰的粒徑D50為10 μ m,鈷酸鋰的比表面積為0.4m2/g,其余成分及制備方法與實(shí)施例1完全相同。
[0031]實(shí)施例4
[0032]本實(shí)施例所述鋰電池正極材料中,除了其中含有的鈷酸鋰的粒徑D50為8μπι,鈷酸鋰的比表面積為0.5m2/g,其余成分及制備方法與實(shí)施例1完全相同。
[0033]實(shí)施例5
[0034]本實(shí)施例所述鋰電池正極材料中,除了其中含有的鈷酸鋰的粒徑D50為5μπι,鈷酸鋰的比表面積為0.6m2/g,其余成分及制備方法與實(shí)施例1完全相同。
[0035]實(shí)施例6 [0036]本實(shí)施例所述鋰電池正極材料中,除了其中含有的鈷酸鋰的粒徑D50為4μπι,鈷酸鋰的比表面積為0.7m2/g,其余成分及制備方法與實(shí)施例1完全相同。
[0037]實(shí)施例7
[0038]本實(shí)施例所述鋰電池正極材料中,除了其中含有的鈷酸鋰的粒徑D50為3μπι,鈷酸鋰的比表面積為0.8m2/g,其余成分及制備方法與實(shí)施例1完全相同。
[0039]實(shí)施例8
[0040]本實(shí)施例所述鋰電池正極材料中,除了其中含有的鈷酸鋰的粒徑D50為2 μ m,鈷酸鋰的比表面積為1.0m2/g,其余成分及制備方法與實(shí)施例1完全相同。
[0041]實(shí)施例9
[0042]本發(fā)明鋰電池正極材料與鋰電池低溫放電容量保持率的影響
[0043]本實(shí)施例采用對(duì)照組和發(fā)明組的方式,其中發(fā)明組分為發(fā)明組1-8,發(fā)明組1-8分別采用實(shí)施例1-8制備得到的鋰電池正極材料;對(duì)照組采用的鋰電池正極材料除鈷酸鋰的粒徑和比表面積與實(shí)施例1不同外,其余均與實(shí)施例1相同,對(duì)照組采用的鋰電池正極材料中鈷酸鋰的粒徑為18 μ m,比表面積為0.2m2/go
[0044]分別采用發(fā)明組和對(duì)照組的鋰電池正極材料,按照現(xiàn)有的常用工藝流程制作成電芯,分別得發(fā)明組和對(duì)照組鋰電池正極材料制備得到的鋰電池。分別將發(fā)明組和對(duì)照組制備得到的鋰電池在相同的溫度(-40°C )、相同的放電電流(200mAh)下放電5h,放電后分別檢測(cè)發(fā)明組和對(duì)照組的容量保持率,結(jié)果如表1所示。
[0045]表1發(fā)明組和對(duì)照組的容量保持率對(duì)比表
[0046]
【權(quán)利要求】
1.一種鋰電池正極材料,其特征在于,所述鋰電池正極材料包含鈷酸鋰,所述鈷酸鋰的粒徑D50為2?16 μ m,所述鈷酸鋰的比表面積為0.2?1.0m2/g。
2.如權(quán)利要求1所述的鋰電池正極材料,其特征在于,所述鈷酸鋰的粒徑D50為2?10 μ m,所述鈷酸鋰的比表面積為0.4?1.0m2/g。
3.如權(quán)利要求2所述的鋰電池正極材料,其特征在于,所述鈷酸鋰的粒徑D50為2?4 μ m,所述鈷酸鋰的比表面積為0.7?1.0m2/g。
4.如權(quán)利要求3所述的鋰電池正極材料,其特征在于,所述鈷酸鋰的粒徑D50為3?4 μ m,所述鈷酸鋰的比表面積為0.7?0.8m2/g。
5.如權(quán)利要求4所述的鋰電池正極材料,其特征在于,所述鈷酸鋰的粒徑D50為3μ m,所述鈷酸鋰的比表面積為0.8m2/g。
6.如權(quán)利要求1所述的鋰電池正極材料,其特征在于,所述鋰電池正極材料還包含超級(jí)導(dǎo)電碳黑、聚偏二氟乙烯、N-甲基吡咯烷酮。
7.如權(quán)利要求6所述的鋰電池正極材料,其特征在于,所述鈷酸鋰、超級(jí)導(dǎo)電碳黑和聚偏二氟乙烯的質(zhì)量比為鈷酸鋰:超級(jí)導(dǎo)電碳黑:聚偏二氟乙烯=95:3:2。
8.—種如權(quán)利要求6或7所述鋰電池正極材料的制備方法,其特征在于,所述方法包括以下步驟: (O分別稱取所需量鈷酸鋰、超級(jí)導(dǎo)電碳黑、聚偏二氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮; (2)依次將稱取的鈷酸鋰、超級(jí)導(dǎo)電碳黑、聚偏二氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮逐步加入到攪拌罐中攪拌,制備漿料; (3)將制備得到的漿料進(jìn)行涂布,制成極片,即得正極材料。
9.一種含有如權(quán)利要求1-7任一所述正極材料的鋰電池。
【文檔編號(hào)】H01M4/525GK103579615SQ201310362814
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】呂正中, 王波, 袁中直 申請(qǐng)人:惠州億緯鋰能股份有限公司