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。本發明所述鋰電池正極材料，通過發明人對鈷酸鋰粒徑和比表面積的大量研究，最終發現當鈷酸鋰的粒徑和比表面積在上述范圍時，可使得鋰離子嵌入的路徑短，阻力小，使得電池的阻抗低，達到鋰電池的低溫放電要求。另外，本發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
【技術領域】
[0001]本發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】
[0002]鋰電池是一種比能量高的儲能器件，具有放電電壓穩定，工作溫度范圍寬，自放電率低，循環充放電、儲存壽命長、無記憶效應及無公害等優點。目前，隨著鋰離子電池的應用領域越來越廣泛，不同用戶對鋰離子電池的要求也不相同。在低溫鋰電池這一領域，對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的作用至關重要，在鋰電池里面，正極活性物質作為高電勢的正極，提供可供脫嵌的鋰離子的作用。
[0004]在放電過程中，鋰離子從負極脫嵌，重新回到正極，鋰離子在嵌入到正極的過程會遇到一些阻力，所以，減少鋰離子嵌入的阻力對低溫放電是有益的。
[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，但其僅能夠達到在_20°C放電時容量保持率達到85%以上，而且其技術效果是由正極體系、負極體系和電解液三者之間的共同作用實現的，因此，該文獻所公開的鋰電池仍然無法滿足對低溫放電的容量要求。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于克服現有技術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，本發明的另一個目的在于提供一種含有所述正極材料的鋰電池。
[0007]為實現上述目的，本發明采取的技術方案為: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，粒徑越小，鋰離子嵌入的路徑短，阻力小，電池的阻抗低。但對鈷酸鋰來說，粒徑并不是越小越好，粒徑太小，其壓實密度受到影響，電池的能量密度就低。本申請發明人通過對鈷酸鋰粒徑和比表面積的大量研究，最終發現當鈷酸鋰的粒徑和比表面積在上述范圍時，可達到鋰電池的低溫放電要求。
[0009]作為本發明所述鋰電池正極材料的優選實施方式，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]作為本發明所述鋰電池正極材料的更優選實施方式，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]作為本發明所述鋰電池正極材料的更優選實施方式，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]作為本發明所述鋰電池正極材料的最優選實施方式，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。本申請發明人在研究過程中，意外發現，當鈷酸鋰的粒徑D50為3 μ m，且比表面積為0.8m2/g時，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]作為本發明所述鋰電池正極材料的優選實施方式，所述鋰電池正極材料還包含超級導電碳黑、聚偏二氟乙烯、N-甲基吡咯烷酮。
[0014]作為本發明所述鋰電池正極材料的優選實施方式，所述鈷酸鋰、超級導電碳黑和聚偏二氟乙烯的質量比為鈷酸鋰:超級導電碳黑: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、超級導電碳黑、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、超級導電碳黑、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，本申請發明人通過大量的試驗研究和優化，得到了有利于鋰電池低溫放電的鈷酸鋰的性能數據。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。
【具體實施方式】
[0021]為更好的說明本發明的目的、技術方案和優點，下面將結合具體實施例對本發明作進一步說明。
[0022]實施例1
[0023]本實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，本實施例的正極材料采用以下方法制備而成:
[0024](I)分別準備一定量的鈷酸鋰、超級導電碳黑(SP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、N_甲基吡咯烷酮(NMP)；
[0025](2)按照鈷酸鋰:超級導電碳黑、聚偏二氟乙烯=95:3:2的配比稱重，然后依次將鈷酸鋰、超級導電碳黑(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行涂布，制成極片，即得本實施例鋰電池正極材料。
[0027]實施例2
[0028]本實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施例1完全相同。
[0029]實施例3
[0030]本實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施例1完全相同。
[0031]實施例4
[0032]本實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施例1完全相同。
[0033]實施例5
[0034]本實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施例1完全相同。
[0035]實施例6 [0036]本實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施例1完全相同。
[0037]實施例7
[0038]本實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施例1完全相同。
[0039]實施例8
[0040]本實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施例1完全相同。
[0041]實施例9
[0042]本發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]本實施例采用對照組和發明組的方式，其中發明組分為發明組1-8，發明組1-8分別采用實施例1-8制備得到的鋰電池正極材料；對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施例1不同外，其余均與實施例1相同，對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]分別采用發明組和對照組的鋰電池正極材料，按照現有的常用工藝流程制作成電芯，分別得發明組和對照組鋰電池正極材料制備得到的鋰電池。分別將發明組和對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，放電后分別檢測發明組和對照組的容量保持率，結果如表1所示。
[0045]表1發明組和對照組的容量保持率對比表
[0046]
【權利要求】
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導電碳黑、聚偏二氟乙烯、N-甲基吡咯烷酮。
7.如權利要求6所述的鋰電池正極材料，其特征在于，所述鈷酸鋰、超級導電碳黑和聚偏二氟乙烯的質量比為鈷酸鋰:超級導電碳黑:聚偏二氟乙烯=95:3:2。
8.—種如權利要求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、超級導電碳黑、聚偏二氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮； (2)依次將稱取的鈷酸鋰、超級導電碳黑、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行涂布，制成極片，即得正極材料。
9.一種含有如權利要求1-7任一所述正極材料的鋰電池。
【文檔編號】H01M4/525GK103579615SQ201310362814
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年8月19日 優先權日:2013年8月19日
【發明者】呂正中, 王波, 袁中直 申請人:惠州億緯鋰能股份有限公司