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、無記憶效應(yīng)及無公害等優(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)所公開的鋰電池仍然無法滿足對(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)鈷酸鋰來說，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