專利名稱：一種制備鋰離子電池正極材料LiCoO的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備鋰離子電池正極材料LiCoO2的方法，尤其是用濕化學(xué)方法制備鋰離子電池正極材料LiCoO2。
背景技術(shù)：
迄今為止，鋰鈷氧化合物仍是鋰離子電池正極材料的首選。目前用于工業(yè)化生產(chǎn)的LiCoO2制備方法主要為高溫固相合成法，即以碳酸鋰、氫氧化鋰和氧化鈷、氫氧化鈷等為原料，經(jīng)固相混合均勻研磨后，在700～950℃高溫下焙燒，最后經(jīng)過細(xì)磨而成。因固相擴(kuò)散速度慢，混料難以均勻，產(chǎn)物在結(jié)構(gòu)、組成等方面存在較大的差異，從而導(dǎo)致其電化學(xué)性能不易控制。為克服其不足，有些發(fā)明專利提出采用多次焙燒工藝(專利號(hào)CN200310110492.1)，但工藝改進(jìn)一方面延長了流程，另一方面提高了生產(chǎn)成本。
濕化學(xué)方法制備鋰鈷氧化合物(專利號(hào)CN00126736.1)是以氫氧化亞鈷或碳酸鈷為原料，在含有活性劑和鋰化合物的水溶液中，將氫氧化亞鈷和碳酸鈷中至少一種固體化合物攪拌懸浮氧化，一步合成鋰鈷氧化合物的前驅(qū)體；鋰鈷氧化合物前驅(qū)體經(jīng)洗滌脫鹽干燥后，經(jīng)高溫?zé)崽幚碇频镁屯暾?、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的層狀結(jié)構(gòu)的LiCoO2粉體。該發(fā)明的濕化學(xué)過程實(shí)現(xiàn)了鋰鈷氧在原子水平上的結(jié)合，采用的試劑簡單易得，生產(chǎn)成本明顯低于固相法，產(chǎn)品性能優(yōu)良。但是，該發(fā)明在工業(yè)化時(shí)，能耗較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在充分發(fā)揮濕化學(xué)法制備的鋰鈷氧化合物前驅(qū)體的優(yōu)越性能前提下，降低能耗，使產(chǎn)品性能更加穩(wěn)定，工藝更易控制，更適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)鋰離子電池正極材料LiCoO2的制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是以氫氧化亞鈷或碳酸鈷為原料，利用濕化學(xué)方法低溫混合化學(xué)合成制得鋰鈷氧化合物的前驅(qū)體，然后將此前驅(qū)體洗滌過濾以保證盡量低的水分含量。濾餅直接干燥，干燥的同時(shí)粉碎濾餅以得到粉狀物料。對干燥的粉料調(diào)整配方并混合均勻后經(jīng)過兩次焙燒即制得形貌規(guī)整、粒度均勻、電性能優(yōu)良的LiCoO2產(chǎn)品。
本發(fā)明的主要工藝過程如下1.低溫混合化學(xué)合成以氫氧化亞鈷或碳酸鈷為原料，利用濕化學(xué)方法低溫混合化學(xué)合成鋰鈷氧化合物的前驅(qū)體，然后將此前驅(qū)體洗滌過濾，濾餅水分含量20％～50％。
2.濾餅干燥將上述濾餅在120℃～500℃的溫度條件下干燥，干燥的同時(shí)濾餅粉碎。得到鋰鈷氧化合物的前驅(qū)體粉狀物料。
3.配方調(diào)整將上述鋰鈷氧化合物的前驅(qū)體粉狀物料與鈷化合物、鋰化合物混合均勻，混合后物料的鋰與鈷摩爾比為1∶0.9～1.1。鈷化合物、鋰化合物為氫氧化亞鈷、碳酸鈷、四氧化三鈷、硝酸鈷、硝酸鋰、乙酸鋰、氫氧化鋰、碳酸鋰中的至少一種。
4.兩次焙燒配方調(diào)整后的物料進(jìn)行焙燒，焙燒后的物料經(jīng)過破碎再第二次焙燒，即得到具有優(yōu)良電性能的鋰離子電池正極材料LiCoO2產(chǎn)品。
第一次焙燒的制度為升溫速度1～10℃/min，保溫溫度450～950℃，保溫時(shí)間0.5～24小時(shí)，降溫速度1～10℃/min。
第二次焙燒制度為升溫速度1～10℃/min，保溫溫度550～1000℃，保溫時(shí)間2～24小時(shí)，降溫速度1～10℃/min。
本發(fā)明可用于鋰離子電池正極材料LiCoO2的制備。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)1.干燥前驅(qū)體濾餅，且在干燥的同時(shí)進(jìn)行粉碎，降低了能耗；2.產(chǎn)物的化學(xué)組成、粒度分布和形貌易于控制；3.保持了濕化學(xué)方法合成的前驅(qū)體的均勻性，電化學(xué)性能良好。
4.本發(fā)明提出的工藝過程簡單易控，制備的產(chǎn)品生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品性能穩(wěn)定可控，可以用于工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施例實(shí)施例1取濕化學(xué)法合成的鋰鈷氧化合物前驅(qū)體10kg，經(jīng)過干燥粉碎后，配入硝酸鈷200g，混勻后進(jìn)行第一次焙燒。第一次焙燒制度為以6℃/min的升溫速度升至650℃恒溫5hrs，然后以3C°/min的降溫速度冷卻。該物料經(jīng)過破碎后再進(jìn)行第二次焙燒。第二次焙燒制度為以5C°/min的升溫速度升至800°C恒溫20hrs，隨爐自然冷卻。所得產(chǎn)物經(jīng)X射線衍射分析表明其物相為單一層狀結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品制成053048電池檢測，1C充放電，其初始放電容量為136mAh/g，50次循環(huán)后，容量衰減2.5％。
實(shí)施例2取濕化學(xué)法合成的鋰鈷氧化合物前驅(qū)體10kg，經(jīng)過干燥粉碎后，配入硝酸鋰300g，混勻后進(jìn)行第一次焙燒。第一次焙燒制度為以4℃/min的升溫速度升至750℃恒溫10hrs，然后隨爐冷卻。該物料經(jīng)過破碎后再進(jìn)行第二次焙燒。第二次焙燒制度為以2C°/min的升溫速度升至800℃恒溫10hrs，隨爐自然冷卻。所得產(chǎn)物經(jīng)X射線衍射分析表明其物相為單一層狀結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品制成053048電池檢測，1C充放電，其初始放電容量為137mAh/g，50次循環(huán)后，容量衰減2.1％。
實(shí)施例3取濕化學(xué)法合成的鋰鈷氧化合物前驅(qū)體8kg，經(jīng)過干燥粉碎后，配入氫氧化鋰350g，混勻后進(jìn)行第一次焙燒。第一次焙燒制度為以4℃/min的升溫速度升至800℃恒溫2hrs，然后隨爐冷卻。該物料經(jīng)過破碎后再進(jìn)行第二次焙燒。第二次焙燒制度為以3C°/min的升溫速度升至900℃恒溫10hrs，隨爐自然冷卻。所得產(chǎn)物經(jīng)X射線衍射分析表明其物相為單一層狀結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品制成053048電池檢測，1C充放電，其初始放電容量為138mAh/g，50次循環(huán)后，容量衰減1.7％。
實(shí)施例4取濕化學(xué)法合成的鋰鈷氧化合物前驅(qū)體25kg，經(jīng)過干燥粉碎后，配入碳酸鋰800g，混勻后進(jìn)行第一次焙燒。第一次焙燒制度為以7℃/min的升溫速度升至700℃恒溫8hrs，然后隨爐冷卻。該物料經(jīng)過破碎后再進(jìn)行第二次焙燒。第二次焙燒制度為以8C°/min的升溫速度升至920℃恒溫18hrs，隨爐自然冷卻。所得產(chǎn)物經(jīng)X射線衍射分析表明其物相為單一層狀結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品制成053048電池檢測，1C充放電，其初始放電容量為136mAh/g，50次循環(huán)后，容量衰減3.4％。
權(quán)利要求
1.一種制備鋰離子電池正極材料LiCoO2的方法，包括以氫氧化亞鈷或碳酸鈷為原料，用制備鋰鈷氧化合物的濕化學(xué)方法低溫混合化學(xué)合成得到鋰鈷氧化合物的前驅(qū)體，前驅(qū)體過濾洗滌干燥，其特征在于前驅(qū)體過濾洗滌，濾餅水分含量20％～50％，濾餅干燥的同時(shí)進(jìn)行粉碎，得到鋰鈷氧化合物的前驅(qū)體粉狀物料；將上述粉狀物料與鈷化合物、鋰化合物混合均勻，混合后物料的鋰與鈷摩爾比為1∶0.9～1.1，然后進(jìn)行焙燒，焙燒后的物料進(jìn)行破碎，再進(jìn)行第二次焙燒，制得具有優(yōu)良電性能的鋰離子電池正極材料LiCoO2粉末。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的制備鋰離子電池正極材料LiC0O2的方法，其特征在于濾餅干燥溫度為120℃～500℃。
3.據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備鋰離子電池正極材料LiCoO2的方法，其特征在于鈷化合物和鋰化合物為氫氧化亞鈷、碳酸鈷、四氧化三鈷、硝酸鈷、硝酸鋰、乙酸鋰、氫氧化鋰、碳酸鋰中的至少一種。
4.據(jù)權(quán)利要求1所述的制備鋰離子電池正極材料LiCoO2的方法，其特征在于第一次焙燒制度為升溫速度1～10℃/min，保溫溫度450～950℃，保溫時(shí)間0.5～24小時(shí)，降溫速度1～10°C/min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備鋰離子電池正極材料LiCoO2的新工藝，其特征在于第二次焙燒制度為升溫速度1～10°C/min，保溫溫度550～1000℃，保溫時(shí)間2～24小時(shí)，降溫速度1～10℃/min。
全文摘要
一種鋰離子電池正極材料LiCoO
文檔編號(hào)C01D15/00GK1810655SQ20061003126
公開日2006年8月2日 申請日期2006年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月24日
發(fā)明者習(xí)小明, 李普良, 湛中魁 申請人:長沙礦冶研究院