/c的合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋰離子電池正極材料，尤其是涉及采用碳包覆四氧化三鈷工藝所制備 的一種鋰離子正極材料LiCo0 2/C的合成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前隨著全球性石油資源緊缺與氣候環(huán)境的不斷惡化，人類社會發(fā)展面臨著嚴(yán)峻 的挑戰(zhàn)。發(fā)展清潔節(jié)能的新能源汽車受到世界各國的高度重視。新能源汽車的發(fā)展，關(guān)鍵 在其動力電源。鋰離子電池具有能量密度大、自放電小、無記憶效應(yīng)、工作電壓范圍寬、使用 壽命長、無環(huán)境污染等優(yōu)點，是目前新能源汽車主要的動力電源。而鋰離子電池關(guān)鍵電極材 料是電池性能的最終決定性因素，其中正極材料對鋰離子電池性能的提高起著至關(guān)重要的 作用。因此，開發(fā)高性能、廉價的正極材料對促進新能源汽車及相關(guān)新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重 要的意義。
[0003] 正極材料是影響鋰離子電池的能量密度、比能量、壽命等性能的最為關(guān)鍵的因素 之一。在現(xiàn)有的正極材料中，層狀結(jié)構(gòu)正極材料依然是主流。第一代層狀材料1^&)0 2的電 化學(xué)穩(wěn)定性好，循環(huán)性能優(yōu)異，但容量僅為其理論容量的50%，且存在著資源和安全性等重 大問題；LiNi02比容量最高，但合成困難，并存在較大的安全隱患；LiMnO 2熱穩(wěn)定性良好 且價格便宜，但是充放電過程中的明顯相變導(dǎo)致其循環(huán)穩(wěn)定性很差。多元層狀正極材料、 如LiCol/3Nil/3Mnl/3 02, LiNiO. 8A10. 202,綜合了現(xiàn)有層狀結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)勢，達到了 160 mAg/g的比能量，但是材料中的高Co、Ni含量仍然存在成本、資源等問題，安全性、也是該 材料致命的缺點。尖晶石型的LiMn204因為高安全性、廉價而受到動力電池的親昧，已得到 商業(yè)化的應(yīng)用，但是相對低的比能量或比功率成為這二個材料最致命的缺點，阻礙了這二 個材料的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0004] 鈷酸鋰自從20世紀(jì)90年代進入市場以來，一直占據(jù)著正極材料市場的主導(dǎo)地 位。近年來，隨著電子產(chǎn)品的進一步小型化和多功能化，對電池輸出的能量密度提出了更高 的要求，常規(guī)的鈷酸鋰已經(jīng)不能滿足要求。研宄發(fā)現(xiàn)，對常規(guī)鈷酸鋰進行改性處理從而提升 正極材料發(fā)揮的容量，是提高電池能量密度的最有效的方法之一。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供工藝路線簡單，適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，采用碳包覆四氧化 三鈷工藝所制備的一種鋰離子正極材料LiCo0 2/C的合成方法。
[0007] 本發(fā)明包括以下步驟： 1) 將四氧化三鈷和有機碳源加水混合，球磨處理后噴霧造粒，得到的粉體在惰性氣氛 中預(yù)處理，得到碳包覆四氧化三鈷粉體； 2) 將鋰源溶于水中，加入步驟1)得到的四氧化三鈷粉體，然后球磨處理后噴霧造粒，得 到干燥粉體； 3)將步驟2)得到的干燥粉體在惰性氣氛中處理，再進行高溫?zé)崽幚?，?jīng)過氣流分級即 得到鋰離子正極材料LiCo02/C。
[0008] 步驟1)中，所述有機碳源可采用可溶于水的有機物中的一種，所述可溶于水的有 機物可選自葡萄糖、蔗糖、果糖、聚乙二醇、聚丙烯酸、殼聚糖等中的一種；所述球磨處理的 時間為5~IOh ;所述預(yù)處理的溫度為400~500°C，預(yù)處理的時間為5~8h。
[0009] 在步驟2)中，所述鋰源可采用水溶性鋰鹽醋酸鋰、氫氧化鋰中的一種；所述球磨 處理的時間為2~3h。
[0010] 在步驟1)和2)中，所述四氧化三鈷、鋰源按元素摩爾數(shù)為n (Li):n (Co)=1. 03~ 1. 07 ;在步驟1)中，所述有機碳源的質(zhì)量為四氧化三鈷質(zhì)量的10%~15% ;在步驟1)和2) 中，所述水可采用無鹽水，其中步驟1)中水的加入量按質(zhì)量比為四氧化三鈷的3~4倍，步 驟2)中水的加入量按質(zhì)量比為碳包覆四氧化三鈷粉體質(zhì)量的3~4倍。
[0011] 在步驟1)和3)中，所述惰性氣氛可采用氮氣或氬氣等。
[0012] 在步驟3)中，所述處理的溫度為500~600°C，處理的時間為10~20h ;所述高 溫?zé)崽幚淼臏囟葹?50~850°C，高溫?zé)崽幚淼臅r間為2~20h。
[0013] 與現(xiàn)有的鋰離子正極材料LiCoCyA合成方法相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：對合成原 料四氧化三鈷首先進行碳包覆，避免后期因高溫處理導(dǎo)致鈷酸鋰的團聚，防止鈷酸鋰晶粒 生產(chǎn)過大，能有效地提高鋰離子在充放電過稱中的擴散速率。采用了可溶于水的有機碳源， 使碳源更均勻包覆在粒子表面，有機物經(jīng)過燒結(jié)熱解后形成的電導(dǎo)率高納米碳包覆層，提 高了材料的導(dǎo)電性能，提升了鈷酸鋰的循環(huán)穩(wěn)定性。
【具體實施方式】
[0014] 為了使本發(fā)明的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、工作流程、使用方法達成目的與功效易于明 白了解，下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。
[0015] 實施例1 按照n (Li) :n (Co) =1. 03,稱取282g醋酸鋰和1000 g四氧化三鈷，按照四氧化三鈷 10%的重量加入有機碳源葡萄糖l〇〇g，將四氧化三鈷和葡萄糖加入加3L無鹽水混合均勻， 球磨處理8h，噴霧造粒，得到的粉體在惰性氣氛中于500 °C預(yù)處理7h，得到碳包覆四氧化 三鈷粉體。將醋酸鋰溶于3. 5L無鹽水中，加入碳包覆四氧化三鈷粉體攪拌均勻，球磨處理 3h，噴霧造粒得到干燥粉體。將該粉體加入到回轉(zhuǎn)爐中，在N2氣氛中650 °C燒結(jié)8h，再升 溫至800 °C燒結(jié)5h后，冷卻，過篩，氣流分級及得到產(chǎn)品。
[0016] 所得產(chǎn)品碳含量為1.2%。
[0017] 實施例2 按照n (Li):n (Co)=L 07,稱取106g氫氧化鋰和1000 g四氧化三鈷，按照四氧化三鈷 15%的重量加入有機碳源蔗糖150g，將四氧化三鈷和蔗糖加入加3. 5L無鹽水混合均勾，球 磨處理8h，噴霧造粒，得到的粉體在惰性氣氛中于500 °C預(yù)處理8h，得到碳包覆四氧化三 鈷粉體。將氫氧化鋰溶于3. 5L無鹽水中，加入碳包覆四氧化三鈷粉體攪拌均勻，球磨處理 3h，噴霧造粒得到干燥粉體。將該粉體加入到回轉(zhuǎn)爐中，在N2氣氛中600 °C燒結(jié)8h，再升 溫至800 °C燒結(jié)4h后，冷卻，過篩，氣流分級及得到產(chǎn)品。
[0018] 所得產(chǎn)品碳含量為1.6%。
[0019] 實施例3 按照n (Li):n (Co)=L 05,稱取104g氫氧化鋰和1000 g四氧化三鈷，按照四氧化三鈷 10%的重量加入有機碳源聚乙二醇l〇〇g，將四氧化三鈷和聚乙二醇加入加3. OL無鹽水混 合均勻，球磨處理3h，噴霧造粒，得到的粉體在惰性氣氛中于500 °C預(yù)處理8h，得到碳包覆 四氧化三鈷粉體。將氫氧化鋰溶于3. 5L無鹽水中，加入碳包覆四氧化三鈷粉體攪拌均勻， 球磨處理3h，噴霧造粒