[发明专利]锂离子电池正极材料锡掺杂型钴酸锂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池正极材料的改性工艺，尤其是锡掺杂型钴酸锂及其制备方法。

背景技术

自1991年SONY公司将锂离子电池投放市场以来，手机、笔记本电脑和数码产品等便携式电子产品对高性价比的电池的需求日益强烈。LiCoO₂作为锂离子电池正极材料，其性能优良，但由于目前商业化锂离子电池采用的正极材料大多数为纯钴酸锂，钴资源短缺，而且未进行掺杂的钴酸锂表层结构不规则、不稳定，使锂离子电池循环性能差、容量衰减较快、在循环过程中易出现表层结构破坏，引起电池内阻升高，在剧烈充放电环境或短路情况下，蓄积的热量使电池温度升高，正极材料会与电解液反应释放出氧气导致压力增大，引起电池爆炸，从而影响了锂离子电池的循环性能和使用安全性。因此循环性能好，安全性能高的锂离子电池的研究开发日益得到重视，正极材料作为锂离子电池的关键材料引起了业内的关注，因此，人们都致力于锂离子电池正极材料的研究开发。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种钴含量低、比容量高、安全性好、表面机构规则的锂离子电池正极材料锡掺杂型钴酸锂及其制备方法。

为达到以上目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方法是：将钴化合物和锂化合物按比例混合,在高温下煅烧进行第一次合成，并将得到的钴酸锂进行研磨粉碎，得到A料；以锡化合物和A料为原料按比例混合，混合均匀后煅烧,进行第二次合成,并将得到的钴酸锂进行研磨粉碎，得到掺入锡的钴酸锂成品，其化学式LiSn_1-xCo_xO₂。

采用以上技术方案后，本发明的有益效果是：本发明中钴酸锂材料颗粒分布均匀，具有完好的结晶度；循环性能优良，0.2C倍率充放电的首次放点比容量高；安全性能好，可通过针刺、挤压、撞击、内或外部短路、过充、热滥用等测试。 

附图说明

图1实施例1制备的正极材料在电子显微镜下的SEM图谱。

图2实施例1制备的正极材料的物相XRD图谱。

图3实施例1制备的正极材料首次放电比容量图。

具体实施方式

本发明一种锂离子电池正极材料锡掺杂型钴酸锂及其制备方法，将钴化合物和锂化合物按比例混合，在高温下煅烧进行第一次合成，并将得到的钴酸锂进行研磨粉碎，得到A料；以锡化合物和A料为原料按比例混合，混合均匀后煅烧进行第二次合成，并将锡掺杂的钴酸锂进行研磨粉碎，得到成品。所述比例是锂化合物和钴化合物的摩尔比例是Li/Co = (1.00～1.06)/1.00，锡化合物和钴化合物摩尔比例为是Sn/Co = (0.03～0.05)/1.00；所述混合时间为2～3小时。所述煅烧，其条件是温度800～980℃，时间9～11小时，煅烧过程中通入空气，流量为(2～3)m³/h。

本发明采用金属元素Sn在钴酸锂颗粒的表面掺杂，在钴酸锂颗粒较小的情况下其具有较高的比容量和较低的钴含量。制备的正极材料在保留钴酸锂性能优势的基础上，使钴含量大大降低。

下面列举几个实施例：

实施例1：

 按照Li₂CO₃中Li 、Co₃O₄中Co的摩尔比例Li：Co = 1.05：1进行混合研磨，研磨时间为3h；将混合后的原料放置于焙烧炉中，在空气流量为3m³/h的气氛中进行煅烧，煅烧温度为970℃，煅烧时间为10h；将步骤煅烧后的产物至于混料罐中，加入SnO₂，Sn：Co=0.04：1，混合研磨，研磨时间为3h；将步骤研磨好的产物放置于焙烧炉中，在空气流量为2m³/h的气氛中进行煅烧，煅烧温度为800℃，煅烧时间为10h，得到掺杂Sn的钴酸锂正极材料。

通过实施例1制备的锂离子电池钴酸锂正极材料颗粒分布均匀、纯度高、不含杂质、具有完好的结晶度，所组装的电池在25℃左右进行充放电，充放电电压范围为2.7V～4.3V时，0.2C倍率充放电的首次放电容量为159.6mAh/g。各项指标测试结果如图1、图2、图3。

实施例2