[发明专利]一种钴酸锂基锂离子电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料的制备，特别涉及高能量密度锂离子电池正极材料钴酸锂的制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种新型的二次电池，具有比容量高、电压高、安全性好的特点，广泛应用于移动电话、笔记本电脑、便携式摄像机、DVD、MP3等便携式电器的驱动电源。随着电子产品的不断升级换代，对其电源的要求也不断提高，

在同样的容量发挥前提下，市场需要不断提高电池的体积能量密度，也就是提高电池活性物质的单位体积填充量。对于目前常用的钴酸锂材料来说，其颗粒越大，由于材料的粒度分布变宽，材料的单位体积填充量越大，即压实密度越大，其体积能量密度也就越大。因此，对于常用的钴酸锂材料，其颗粒的中位径(D50)不断增大，由5-10微米提高到10微米以上甚至到20微米，目的在于提高活性物质的单位体积填充量，进而提高电池的体积能量密度，如中国专利申请公开说明书CN 1328351A提出了一种提高钴酸锂中位径和振实密度的方法，其目的在于提高材料的粒度，进而提高其振实密度、压实密度。中国专利申请公开说明书CN 101284681A发明的超大粒径和高密度钴酸锂及其制备方法也是为了提高材料的粒度进而提高其振实密度、压实密度。目前，中位粒径(D50)为12微米的钴酸锂其正常使用的压实密度为3.9-4.0g/cm³，中位粒径(D50)为18微米的钴酸锂其正常使用的压实密度为4.0-4.1g/cm³，中位粒径(D50)为20微米的钴酸锂其正常使用的压实密度为4.1-4.2g/cm³。但是，在对大颗粒钴酸锂材料的评价中发现，当颗粒增大后，正极材料的电化学性能会降低，其循环性能和倍率放电性能变差。因此不能满足日益增长的能量密度的要求。中国专利申请公开说明书CN 101436666A进行的提高压实密度及能量密度的钴酸锂制备，其先制备大颗粒的钴酸锂颗粒，再通过碳酸钴和碳酸锂在大的钴酸锂颗粒表面造粒，从而制备出大颗粒钴酸锂表面沾附小颗粒的钴酸锂颗粒，进而提高正极材料的压实密度和体积比容量。但这种经过一次烧结的钴酸锂其结晶性不好，循环性能较差。中国专利申请公开说明书CN 1665052A通过颗粒大小不同的钴酸锂进行混合能够提高材料的压实密度，进而提高材料的体积能量密度。然而，通过这种方法制备的钴酸锂，由于其小颗粒的钴酸锂含量较多，小颗粒钴酸锂的充放电速率较快，会给电池带来较大的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术的问题，提出一种钴酸锂基锂离子电池正极材料制备方法，通过该方法获得的正极材料不仅可提高压实密度，而且能提高锂离子电池的循环性能和安全性能。

本发明钴酸锂基锂离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：

1)制备中位粒径为10～25μm的含有掺杂元素M的钴酸锂材料A；

2)制备中位粒径为1～10μm的含有掺杂元素M的钴酸锂材料B；

3)将A、B两种材料按重量比3∶1～1∶2的配比混合，并加入二次表面掺杂元素M′进行球磨混合，然后焙烧，粉碎，得到中位粒径为7～15μm的材料C；

4)在材料C表面包覆元素G，干燥后在空气气氛下300-800℃热处理4-10小时，得到钴酸锂基锂离子电池正极材料。

上述步骤1)是制备大粒度的钴酸锂材料，可以采用下述方法：将锂源、钴源和掺杂元素M的来源化合物混合，然后在空气气氛中焙烧，再将焙烧后的物料粉碎为粉末粒度D50为10～25μm的材料A。其中，锂源、钴源和掺杂元素M的来源化合物按照锂、钴、M原子比例为(1.00～1.10)∶1.00∶(0.001～0.05)进行混合；焙烧温度为800～1100℃，焙烧时间为6～24小时，焙烧过程中不断通入空气做为反应所需要的氧气源；焙烧后的物料通过粗破碎后，使用气流磨进行粉碎，最终得到所需粒径的材料A。

上述步骤2)是制备小粒度的钴酸锂材料，可以采用下述方法：将锂源、钴源和掺杂元素M的来源化合物混合，然后在空气气氛中焙烧，再将焙烧后的物料粉碎为粉末粒度D50为1～10μm的材料B。其中，锂源、钴源和掺杂元素M的来源化合物按照锂、钴、M原子比例为(1.00～1.05)∶1.00∶(0.001～0.05)进行混合；焙烧温度为800～1100℃，焙烧时间为6～24小时，焙烧过程中不断通入空气做为反应所需要的氧气源；焙烧后的物料通过粗破碎后，使用气流磨进行粉碎，最终得到所需粒径的材料B。