一种高电压钴酸锂正极材料的水系包覆方法技术

本发明专利技术公开了高电压钴酸锂正极材料的水系包覆方法，具体步骤为：称取纯水打入球磨机内球磨，完成后开启循环，再分别称取分散剂和金属离子化合物倒入球磨机内进行循环球磨和分散完成一次浆料的制备；再称取钴酸锂加入球磨机内进行球磨和分散完成二次浆料的制备；分散后浆料通过砂浆泵打入真空干燥机内进行干燥；完成干燥的物料加入窑炉中进行二次烧结；二次烧结后的物料进行过筛和除铁得到所需材料。本发明专利技术所揭示的制备方法，通过在钴酸锂表面包覆一层氧化物，提高了钴酸锂正极材料的充放电电压，克服了材料在高电压充放电下循环稳定性差的缺陷，可作为锂离子电池4.4V正极钴酸锂材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂电池
，特别涉及一种高电压钴酸锂正极材料的水系包覆方法。 
技术介绍
在锂离子正极材料中，钴酸锂由于具有较高的工作电压和能量密度、易合成且可快速充放电，因此被广泛应用。但是在深度充放电情况下(充电电压在4.3V以上)，钴酸锂结构稳定性和安全性能存在明显缺陷。 为了解决钴酸锂存在的上述问题，目前采取的方法为表面包覆。通过一定的包覆技术，在钴酸锂正极材料表面均匀的包覆一层材料，可以有效防止活性材料与电解液的直接接触，从而有效的抑制材料中Co溶出，提高正极活性材料的稳定性，进而提高锂离子电池的循环性能。 目前，采用的包覆工艺主要有干式包覆和湿式包覆，不同的包覆工艺对LiCoO2的结构有着直接的影响，所得到的LiCoO2的性能也不尽相同。干式包覆存在包覆不均匀的问题，湿法包覆中采用乙醇等有机溶剂作为介质，存在生产成本高、危险性高、不易于工业化等缺点，采用纯水作为介质的湿式包覆则能避免以上问题，且为了进一步降低成本，可采用简单的无机金属化合物进行包覆。 中国专利201310023937.6公开了一种钴酸锂的包覆工艺，将金属离子化合物与水溶性的有机物加水球磨得一次浆料，再在一次浆料中加入钴酸锂与水球磨得二次浆料，二次浆料经烘干、焙烧后得包覆后的钴酸锂材料。 该工艺存在以下缺点：(1)一次浆料为悬浮液，由于简单的有机物对非水溶性的金属离子化合物的络合能力不足，在球磨过程中金属离子化合物易发生沉 降，从而包覆过程中容易发生金属离子化合物的离析，造成包覆不均匀的问题。(2)由于简单有机物的络合作用有限，浆料制备过程中需使用到大量的有机物，专利中水溶性有机物总摩尔量为钴酸锂摩尔量的50～70％，该有机物在后续的焙烧过程中分解成为CO2和H2O，不会产生对钴酸锂的性能改进的作用，有机物的大量使用是对原料的浪费。(3)该工艺在制作一次浆料前还需进行金属离子化合物与水溶性有机物的混合，增加了工艺过程，不利用产业化生产。(4)该工艺的一次浆料球磨时间为2～5h，二次浆料的球磨时间6～12h，球磨时间长，不利于工业化生产，且长时间的球磨对设备的磨损大，增加异物引入产品的可能性。且二次浆料长时间的球磨，会对钴酸锂颗粒的表面形貌和内部结构造成破坏，即专利中提到的颗粒的粒度更细，从而影响到产品的物理和电化学性能。 
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高电压钴酸锂正极材料的水系包覆方法，该包覆工艺步骤简单，成本低，适合工业化大批量生产，得到的钴酸锂产品具有包覆均匀、电化学性能良好等优点。 本专利技术采用的技术方案：一种高电压钴酸锂正极材料的水系包覆方法，包括以下工艺步骤： a.以钴酸锂重量为基准，称取钴酸锂重量20％～40％的纯水，打入球磨机内球磨，完成后开启循环； b.分别称取占钴酸锂重量的0.1％～0.5％的分散剂和金属离子占钴酸锂重量0.01％～1％的金属离子化合物，并将分散剂和金属离子化合物倒入球磨机内进行循环球磨和分散完成一次浆料的制备，同时确保一次球磨分散时间为0.5～2h； c.再称取100～200Kg的钴酸锂，加入球磨机内进行球磨和分散完成二次浆料的制备，确保二次球磨分散时间为1～2h； d.完成球磨分散后，将浆料通过砂浆泵打入真空干燥机内进行干燥，干燥温度为100～200℃，干燥时间为2～5h； e.步骤d中完成干燥的物料加入窑炉中进行二次烧结，确保二次烧结温度为600～900℃，二次烧结时间为5～20h； f.将步骤e中二次烧结后的物料进行过筛和除铁，得到所需材料。 所述步骤b中所述金属离子化合物选取氢氧化镁、氢氧化铝、氢氧化锆、氢氧化钛、氢氧化锰、氢氧化镍、氢氧化钒、氢氧化铈、氢氧化锡等的一种或多种。 所述步骤b中分散剂选取聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸等的一种或多种。 本专利技术所揭示的一种高电压钴酸锂正极材料的水系包覆方法，在一次浆料制备时采用高聚合的有机物分散剂进行分散，能显著减少有机物的使用，并防止金属离子化合物发生沉降，同时高聚合的分散剂能在固体颗粒的表面形成吸附层，使固体颗粒表面的电荷增加，提高形成立体阻碍的颗粒间的反作用力，固体颗粒之间因静电斥力而远离，从而防止固体颗粒发生团聚，使体系均匀，悬浮性能增加，不沉淀，使整个体系物化性质一样，故而使用分散剂能安定地分散液体中的固体颗粒。 与现有技术相比，本专利技术所揭示的一种高电压钴酸锂正极材料的水系包覆方法，具有如下优势： 本专利技术包覆材料采用常用的金属离子化合物，不需要进行溶解，可大大降低生产成本，工艺步骤也更为简单。 本专利技术将金属离子化合物与水溶性的聚合物分散剂在水中球磨，利用球磨所产生的能量和聚合物分散剂强的络合，使金属离子化合物与水溶性有机物络 合在一起，可使金属离子化合物与水溶性有机物能够均匀分散，防止非水溶性的金属离子化合物发生沉降，有利于提高包覆的均匀性。 二次球磨过程中，聚合物分散剂的络合作用、球磨机特殊的循环装置设计，保证了金属离子化合物、分散剂能均匀分散在钴酸锂颗粒周围，提高包覆的均匀性，在钴酸锂后续的干燥、焙烧过程中可以保持各组分均一、稳定，避免金属离子化合物在二次烧结过程中产生偏析的现象，防止元素析出，保证包覆后的钴酸锂的电化学性能，在钴酸锂表面包覆一层致密的氧化物，从而避免钴酸锂与电解液的直接接触，减少容量损失，改善材料的循环性能，满足钴酸锂在＞4.35V高电压下的使用。 球磨时间短，浆料制作和干燥过程可连续进行，工艺简单，便于产业化生产。 本专利技术在球磨过程和二次烧结后均进行了除铁，有效的改善了产品品质，保证产品的电化学性能。 附图说明图1是实施例1中包覆后钴酸锂成品的SEM图谱； 图2是实施例1中包覆后钴酸锂成品的EDS图谱； 图3是实施例1中包覆后钴酸锂成品的XRD图； 图4是实施例1中包覆后钴酸锂成品的制作的扣式电池的首次充放电图； 图5是实施例1中包覆后钴酸锂成品的制作的扣式电池的倍率性能图； 图6是实施例1中包覆后钴酸锂成品的制作的扣式电池的循环性能图。 具体实施方式下面将以具体实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的描述。 本专利技术所揭示的一种电压钴酸锂正极材料的水系包覆方法，包括以下工艺步骤： a.以钴酸锂重量为基准，称取钴酸锂重量20％～40％的纯水，打入球磨机内球磨，完成后开启循环； b.分别称取占钴酸锂重量的0.1％～0.5％的分散剂和金属离子占钴酸锂重量0.01％～1％的金属离子化合物，并将分散剂和金属离子化合物倒入球磨机内进行循环球磨和分散完成一次浆料的制备，同时确保一次球磨分散时间为0.5～2h； c.再称取100～200Kg的钴酸锂，加入球磨机内进行球磨和分散完成二次浆料的制备，确保二次球磨分散时间为1～2h； d.完成球磨分散后，将浆料通过砂浆泵打入真空干燥机内进行干燥，干燥温度为100～200℃，干燥时间为2～5h； e.步骤d中完成干燥的物料加入窑炉中进行二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高电压钴酸锂正极材料的水系包覆方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：a.以钴酸锂重量为基准，称取钴酸锂重量20％～40％的纯水，打入球磨机内球磨，完成后开启循环；b.分别称取占钴酸锂重量的0.1％～0.5％的分散剂和金属离子占钴酸锂重量0.01％～1％的金属离子化合物，并将分散剂和金属离子化合物倒入球磨机内进行循环球磨和分散完成一次浆料的制备，并确保一次球磨分散时间为0.5～2h；c.再称取100～200Kg的钴酸锂，加入球磨机内进行球磨和分散完成二次浆料的制备，确保二次球磨分散时间为1～2h；d.完成球磨分散后，将浆料通过砂浆泵打入真空干燥机内进行干燥，干燥温度为100～200℃，干燥时间为2～5h；e.步骤d中完成干燥的物料加入窑炉中进行二次烧结，确保二次烧结温度为600～900℃，二次烧结时间为5～20h；f.将步骤e中二次烧结后的物料进行过筛和除铁，得到所需材料。

【技术特征摘要】
1.一种高电压钴酸锂正极材料的水系包覆方法，其特征在于：包括以下工
艺步骤：
a.以钴酸锂重量为基准，称取钴酸锂重量20％～40％的纯水，打入球磨机内
球磨，完成后开启循环；
b.分别称取占钴酸锂重量的0.1％～0.5％的分散剂和金属离子占钴酸锂重量
0.01％～1％的金属离子化合物，并将分散剂和金属离子化合物倒入球磨机内进行
循环球磨和分散完成一次浆料的制备，并确保一次球磨分散时间为0.5～2h；
c.再称取100～200Kg的钴酸锂，加入球磨机内进行球磨和分散完成二次浆
料的制备，确保二次球磨分散时间为1～2h；
d.完成球磨分散后，将浆料通过砂浆泵打入真空干...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹雄鸽，李魁，周贵海，
申请(专利权)人：南通瑞翔新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32