圓柱形單體400Ah鋰離子電池及其制備方法

《圓柱形單體400Ah鋰離子電池及其制備方法》涉及一種鋰離子電池，特別是涉及一種圓柱形單體400安時(shí)鋰離子電池及其制備方法 。

面向21世紀(jì)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和信息社會(huì)的到來，特別是由于各種移動(dòng)通訊設(shè)備、電子器件、辦公自動(dòng)化用品、家用電器和醫(yī)療器械的普及，人們對能源的需求越來越大。同時(shí)，為了減緩人類本身和自然界的沖突，尋求可持續(xù)發(fā)展之路，保護(hù)自然環(huán)境和自然資源已成為人類進(jìn)入21世紀(jì)后所面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，新能源和新材料的開發(fā)及利用已成為世界各國必須解決的首要課題。

電能是人類社會(huì)在日常生活和工作中不可缺少的重要能源，任何其它資源的利用一般都要借助電能。而電能的儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)化、輸送都要涉及電池技術(shù)。

信息時(shí)代，人們不但對電源的需求量日益增加，更重要的是對電源性能的要求越來越高。這種要求主要體現(xiàn)在高比功率、高比能量、長循環(huán)壽命和大的容量等指標(biāo)上；同時(shí)對電源的安全性、價(jià)格以及環(huán)境友好程度也提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)的鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池等，因使用壽命短，能量密度較低以及環(huán)境污染等問題而大大地限制了它們的使用。由于鋰離子電池具有優(yōu)良的電化學(xué)性能，使其成為2013年新型高能綠色電池中的佼佼者。

鋰離子電池是在鋰電池的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型電池，它與鋰電池相比最大的優(yōu)點(diǎn)在于可利用鋰離子嵌入、脫出的材料來代替金屬鋰，從而解決了鋰陽極的鈍化和枝晶穿透問題。在保持了鋰電池高容量、高電壓等優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，顯著提高了電池的充放電效率和循環(huán)壽命，電池的安全性能，也得到了明顯改善。

2013年常用的鋰離子電池正極材料一般包括層狀嵌鋰化合物L(fēng)iMO₂，尖晶石型嵌鋰化合物L(fēng)iM₂O₄和橄欖石型嵌鋰化合物L(fēng)iMPO₄。

鈷酸鋰LiCoO₂和鎳酸鋰LiNiO₂是較常用的層狀嵌鋰化合物。LiCoO₂正極材料的嵌鋰電位高，理論容量達(dá)274毫安/克，但在實(shí)際循環(huán)過程中，當(dāng)有超過一半的鋰離子脫出時(shí)，材料的容量發(fā)生嚴(yán)重的退化，其層狀結(jié)構(gòu)傾向于塌陷，使得實(shí)際容量不超過150毫安/克。與此同時(shí)，鈷的資源有限，價(jià)格昂貴，且有一定毒性，因而需要開發(fā)綜合電化學(xué)性能好、資源廣范、成本低的活性物質(zhì)來取代它。LiNiO₂正極材料的理論比容量為275毫安/克，實(shí)際容量可達(dá)190-210毫安/克，明顯高于LiCoO₂，因此被認(rèn)為是鋰離子電池中繼LiCoO₂之后最有前途的正極材料之一。但LiNiO₂也存在循環(huán)容量衰退較快、熱穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，因此它的應(yīng)用范圍也受到一定的限制。

錳酸鋰LiMn₂O₄正極材料是尖晶石型嵌鋰化合物中的典型代表，其理論容量為148毫安/克，實(shí)際容量在120毫安/克左右。盡管LiMn₂O₄具有價(jià)廉、無毒、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，但其在充放電循環(huán)中的晶格結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性和容量衰減，特別是高溫55℃下的循環(huán)性能，成為阻礙其發(fā)展和應(yīng)用的主要問題。

橄欖石型嵌鋰化合物磷酸鐵鋰LiFePO₄，作為2013年最常用的鋰離子電池正極材料之一，具有理論比容量高（約170毫安/克）、成本低、環(huán)境友好、循環(huán)壽命長、熱穩(wěn)定性高、安全性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，使其在眾多正極材料中脫穎而出，成為2013年電池界研究開發(fā)的熱點(diǎn)，并有望成為商業(yè)化的鋰離子動(dòng)力電池正極材料。磷酸鐵鋰電池作為動(dòng)力型電源，必將成為鉛酸、鎳氫及錳、鈷等系列鋰離子電池最有前景的替代品。因此，磷酸鐵鋰電池被認(rèn)為是標(biāo)志著“鋰離子電池一個(gè)新時(shí)代的到來”。

2013年，比較常見的磷酸鐵鋰電池是以石墨作為負(fù)極材料的，這是由于其具有比容量高，放電平臺(tái)低而平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。但由于碳負(fù)極的電位與鋰的標(biāo)準(zhǔn)電位很接近，電池過充電時(shí)，金屬鋰可能在碳電極表面析出形成枝晶，從而引起短路；而且大多數(shù)的電解液在此電位下不穩(wěn)定，電解質(zhì)易在電極表面分解，產(chǎn)生可燃?xì)怏w混合物，存在著安全隱患；另外，碳電極中Li 的插入將引起10％的體積形變，導(dǎo)致顆粒間的不連續(xù)，引起電極/電解質(zhì)及電極/集流體界面的松散與剝落。這些因素都促使著研究者們對原有負(fù)極材料進(jìn)行修飾和改性研究，并不斷尋找性能優(yōu)良、制備工藝簡單且成本低廉的新型鋰離子電池負(fù)極材料。對100安時(shí)圓柱形LiFePO_4/C鋰離子電池進(jìn)行針刺實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，電池表面溫度可達(dá)200℃?？梢妼τ?00安時(shí)以上的大容量動(dòng)力電池來說，尋找安全可靠性高的負(fù)極材料是十分重要的。

鈦酸鋰Li₄Ti₅O₁₂是一種理想的嵌入型電極材料，Li 插入和脫嵌對材料結(jié)構(gòu)幾乎沒有影響，因此被稱作“零應(yīng)變”材料。鋰鈦復(fù)合氧化物L(fēng)i₄Ti₅O₁₂相對鋰電極的電位為1.55伏（vsLi/Li ），理論容量為175毫安時(shí)/克，實(shí)驗(yàn)比容量達(dá)到了150～160毫安時(shí)/克。具有循環(huán)性能優(yōu)良、放電平臺(tái)長而平坦、充放電結(jié)束時(shí)有明顯的電壓突變、嵌鋰電位高而不易引起金屬鋰析出、能夠在大多數(shù)液體電解質(zhì)的穩(wěn)定電壓區(qū)間使用、庫侖效率高（接近100％）、材料來源廣、清潔環(huán)保等優(yōu)良特性，具備了下一代鋰離子電池必需的充電次數(shù)更多、充電過程更快、更安全的特性。同樣對100安時(shí)圓柱形LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂鋰離子電池進(jìn)行針刺實(shí)驗(yàn)，電池表面溫度僅為40℃。可見采用Li₄Ti₅O₁₂作為負(fù)極材料，使得大容量鋰離子動(dòng)力電池的安全性顯著提高，推動(dòng)了其商品化的應(yīng)用 。

附圖1是實(shí)施例1制備的圓柱形單體400安時(shí)LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂鋰離子電池的裝配剖面示意圖。圖中，1代表圓柱形電池外殼，2代表電池卷芯，3代表電池芯軸，4代表極耳，5代表支撐架，6代表接線端子，7代表滑動(dòng)環(huán)，8代表夾緊螺母，9代表絕緣墊，10代表O型圈、11代表正、負(fù)極端蓋，12代表接線端子鎖緊螺母，13代表定位銷。

圖2是實(shí)施例1制備的圓柱形單體400安時(shí)LiFePO4/Li₄Ti₅O₁₂鋰離子電池的產(chǎn)品照片。

圖3是實(shí)施例1制備的圓柱形單體400安時(shí)LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂鋰離子電池的外形尺寸示意圖；單位：毫米。

圖4是實(shí)施例1制備的圓柱形單體400安時(shí)LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂鋰離子電池的充放電曲線圖。圖中，橫坐標(biāo)代表容量，單位：安時(shí)，縱坐標(biāo)代表電壓，單位：伏特。

圖5以實(shí)施例1制備的圓柱形單體400安時(shí)LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂鋰離子電池在針刺實(shí)驗(yàn)前的照片。

圖6是實(shí)施例1制備的圓柱形單體400安時(shí)LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂鋰離子電池在針刺實(shí)驗(yàn)后的照片。

圖7是以對比例3制備的圓柱形20毫安LiCoO2/C鋰離子電池在針刺實(shí)驗(yàn)后起火、燃燒、爆炸的照片 。

2020年7月14日，《圓柱形單體400Ah鋰離子電池及其制備方法》獲得第二十一屆中國專利優(yōu)秀獎(jiǎng) 。2100433B

為了進(jìn)一步更加清楚地說明《圓柱形單體400Ah鋰離子電池及其制備方法》，下面將結(jié)合附圖與具體實(shí)施例對《圓柱形單體400Ah鋰離子電池及其制備方法》做進(jìn)一步詳細(xì)說明 。

• 實(shí)施例1

將事先烘烤好的原料磷酸鐵鋰、導(dǎo)電炭黑、石墨、粘結(jié)劑PVDF、溶劑NMP按照質(zhì)量百分比42.0-43.0：1.3-1.7：0.8-1.2：2.5-3.5：51.0-53.0的比例稱量，共計(jì)7.279千克，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，制成電池正極漿料。

將事先烘烤好的原料鈦酸鋰、導(dǎo)電炭黑、石墨、粘結(jié)劑PVDF、溶劑NMP按照質(zhì)量百分比49.0-50.0：0.8-1.2：0.8-1.2：3.0-4.0：44.0-46.0的比例稱量，共計(jì)6.656千克，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，制成電池?fù)極漿料。

涂布和輥壓過程中，正、負(fù)極均采用鋁箔作為集流體。鋁箔厚度為30±2微米，寬度為320±1毫米；單只電池正、負(fù)極極片長度均為33.81米。

將上述方法制得的極片100℃烘烤48小時(shí)，再將正、負(fù)極極片與隔膜平行對齊，放置于全自動(dòng)卷繞機(jī)上，在正、負(fù)極極片邊緣光箔位置各焊接100根鋁極耳，并用高溫膠紙將極耳根部粘貼牢固。正、負(fù)極鋁極耳規(guī)格為：長70±1毫米，寬10±0.1毫米，厚0.15±0.015毫米。

將均分成組的正、負(fù)極極耳穿過正、負(fù)極接線端子和滑動(dòng)環(huán)之間的空隙，并用極耳夾緊螺母固定夾緊，這種連接方式稱為“接線箍結(jié)構(gòu)”；小心地將電芯裝入電池筒中；分別在電池殼兩端套上支撐架，支撐架裝配結(jié)束后，分別按照順序?qū)⒄⒇?fù)極接線端子、O型圈、絕緣墊、正、負(fù)極端蓋連接在一起，用接線端子鎖緊螺母和定位螺釘固定（見附圖1）。在正、負(fù)極端蓋上各設(shè)有3個(gè)安全閥片，其直徑為13毫米，厚度為0.5毫米，爆破壓力為7.5-8千克。在卷繞、裝配和焊接過程中，要用萬用表進(jìn)行短路檢驗(yàn)。采用真空注液進(jìn)行注液，電解液為LiPF6（EC PC DMC DEC），最后用激光焊機(jī)將電池兩端的端蓋密封焊上。

各項(xiàng)參數(shù)如下：

電池外殼：不銹鋼；直徑：134毫米；長度：450毫米；重量：12千克；額定容量：400安時(shí)；額定工作電壓1.8V；內(nèi)阻：0.33毫歐；循環(huán)使用壽命：8000次以上。

實(shí)施例1制備的圓柱形單體400安時(shí)LiFePO₄/Li₄Ti5O₁₂鋰離子電池的產(chǎn)品照片如附圖2所示，其外形尺寸示意圖如附圖3所示。

采用深圳市新威爾電子有限公司生產(chǎn)的BTS-5伏200安電池檢測設(shè)備，對實(shí)施例1制備的圓柱形單體400安時(shí)LiFePO₄/Li4Ti₅O₁₂鋰離子電池進(jìn)行恒流充放電性能測試。按照《電動(dòng)汽車用鋰離子蓄電池》中華人民共和國汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T743-2006，充電過程為先恒流充電后恒壓充電，充電限制電壓為2.3伏；放電過程為恒流放電，放電截止電壓為0.5伏，采用0.33C的電流進(jìn)行充放電測試。

實(shí)施例1制備的圓柱形單體400安時(shí)LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂鋰離子電池，重量為12千克，放電容量為417.718毫安，充放電效率為99.6％，電池的內(nèi)阻為0.33毫歐，循環(huán)壽命按最保守的估計(jì)可達(dá)到8000次以上（理論計(jì)算為20000次）。

從附圖4可以看出，電池的充放電電壓十分平穩(wěn)，平臺(tái)電位保持時(shí)間較長（平臺(tái)容量達(dá)放電容量的95％左右），這是存在尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂與巖鹽型Li₇Ti₅O₁₂兩相反應(yīng)的特征。兩相的互變使得該電極電位保持平穩(wěn)。當(dāng)兩相轉(zhuǎn)變基本完成時(shí)，其電位便發(fā)生快速上升或下降的突躍。充放電結(jié)束時(shí)產(chǎn)生的明顯的電壓突變現(xiàn)象可用于指示終止充放電，便于電池容量的檢測。

實(shí)施例1制備的圓柱形單體400安時(shí)LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂鋰離子電池的內(nèi)阻僅為0.33毫歐，導(dǎo)電性非常好。大容量電池極片橫截面積也較大，故電池內(nèi)阻較?。娮枧c橫截面積成反比）。采用該技術(shù)制備的電池與采用疊片技術(shù)制備的電池相比，由于電池的極片在卷繞過程中，在張力的作用下，使得正、負(fù)極片與隔膜之間緊密結(jié)合，卷芯緊實(shí)且橫截面積大，這使得電池的內(nèi)阻極其微小。

在《圓柱形單體400Ah鋰離子電池及其制備方法》實(shí)施例1的實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，圓柱形LiFePO₄/Li4Ti5O12鋰離子電池的容量未見衰減，根據(jù)Li₄Ti₅O₁₂材料的特點(diǎn)以及前期小容量電池的數(shù)據(jù)推測，該款400安時(shí)圓柱形LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂鋰離子電池的循環(huán)壽命按最保守的估計(jì)可達(dá)到8000次以上（理論計(jì)算為20000次），是2013年國內(nèi)、外市場上一般鋰離子電池壽命的2-4倍。

實(shí)施例1制備的圓柱形單體400安時(shí)LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂鋰離子電池，其內(nèi)阻、循環(huán)壽命以及其他主要技術(shù)指標(biāo)均完成了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求，具體參數(shù)如附表1所示。

對實(shí)施例1制備的圓柱形單體400安時(shí)LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂鋰離子電池，按照《電動(dòng)汽車用鋰離子蓄電池》中華人民共和國汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T743-2006，進(jìn)行針刺實(shí)驗(yàn)，電池不燃燒、不爆炸；電池兩端端蓋上的6個(gè)安全閥片均未被打開（見附圖5）；電池表面溫度僅有34℃。而2013年市場上常規(guī)LiFePO₄/C電池針刺實(shí)驗(yàn)，電池表面溫度為200℃，電池的安全性顯著得到提高。

• 對比例1：

將事先烘烤好的原料磷酸鐵鋰、導(dǎo)電炭黑、石墨、粘結(jié)劑PVDF、溶劑NMP按照質(zhì)量百分比38.0-39.0：0.8-1.2：0.3-0.7：2.5-3.5：56.0-58.0稱量，共計(jì)2.672千克，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，制成電池正極漿料。

將事先烘烤好的原料人造石墨、導(dǎo)電炭黑、粘結(jié)劑PVDF、溶劑NMP按照質(zhì)量百分比36.0-37.0：0.8-1.2：3.0-4.0：58.0-60.0稱量，共計(jì)1.192千克，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，制成電池?fù)極漿料。

涂布和輥壓過程中，正極采用鋁箔作為集流體，負(fù)極采用銅箔作為集流體。鋁箔厚度為30±2微米，寬度為320±1毫米；銅箔厚度為22±2微米，寬度為320±1毫米。單只電池正、負(fù)極極片長度均為11.00米。

將上述方法制得的極片于100℃烘烤48小時(shí)，再將正、負(fù)極極片、隔膜平行對齊，放置于全自動(dòng)卷繞機(jī)上，在正極片邊緣光箔位置焊接73根鋁極耳，在負(fù)極片邊緣光箔位置焊接73根銅極耳，并用高溫膠紙將極耳根部粘貼牢固。正極鋁極耳規(guī)格為：長70±1毫米，寬10±0.1毫米，厚0.1±0.01毫米；負(fù)極銅極耳規(guī)格為：長70±1毫米，寬10±0.05毫米，厚0.05±0.01毫米。

用極耳螺栓、正、負(fù)極耳板將正、負(fù)極耳固定在正、負(fù)極接線端子上，極耳要夾緊，小心地將電芯裝入電池筒中；分別在電池殼兩端套上支撐架，支撐架裝配結(jié)束后，分別按照順序?qū)⒄?、?fù)極接線端子、正、負(fù)極內(nèi)絕緣圈、O型圈、正、負(fù)極端蓋、外絕緣圈、接線端子防松墊片連接在一起，用接線端子鎖緊螺母固定。在正、負(fù)極端蓋上各設(shè)有1個(gè)安全閥片，其直徑為13毫米，厚度為0.5毫米，爆破壓力為7.5-8千克。在卷繞、裝配和焊接過程中，要用萬用表進(jìn)行短路檢驗(yàn)。采用真空注液進(jìn)行注液，電解液為LiPF6（EC PC DMC DEC），最后用激光焊機(jī)將電池兩端的端蓋密封焊上。

采用深圳市新威爾電子有限公司生產(chǎn)的BTS-5伏200安電池檢測設(shè)備，對對比例1制備的圓柱形100安時(shí)LiFePO₄/C（人造石墨）鋰離子電池進(jìn)行恒流充放電性能測試。按照《電動(dòng)汽車用鋰離子蓄電池》中華人民共和國汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T743-2006，充電過程為先恒流充電后恒壓充電，充電限制電壓為3.8V；放電過程為恒流放電，放電截止電壓為2.0V，采用0.33C的電流進(jìn)行充放電測試。

對比例1制備的圓柱形100安時(shí)LiFePO₄/C（人造石墨）鋰離子電池，重量為3.7千克，放電容量為102.245毫安，充放電效率為93.9％，電池的內(nèi)阻為0.60毫歐，循環(huán)壽命為3000次左右。

對對比例1制備的圓柱形100安時(shí)LiFePO₄/C（人造石墨）鋰離子電池，按照《電動(dòng)汽車用鋰離子蓄電池》中華人民共和國汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T743-2006，進(jìn)行針刺實(shí)驗(yàn)，電池不燃燒、不爆炸；電池兩端端蓋上的兩個(gè)安全閥片其中有一個(gè)被打開；電池表面溫度為200℃。

• 對比例2：

將事先烘烤好的原料磷酸鐵鋰、導(dǎo)電炭黑、石墨、粘結(jié)劑PVDF、溶劑NMP按照質(zhì)量百分比38.0-39.0：0.8-1.2：0.3-0.7：2.5-3.5：56.0-58.0的比例稱量，共計(jì)2.672千克，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆颍瞥呻姵卣龢O漿料。

將事先烘烤好的原料碳纖維球、導(dǎo)電炭黑、粘結(jié)劑PVDF、溶劑NMP按照質(zhì)量百分比36.0-37.0：0.8-1.2：3.0-4.0：58.0-60.0的比例稱量，共計(jì)1.192千克，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆颍瞥呻姵刎?fù)極漿料。

涂布和輥壓過程中，正極采用鋁箔作為集流體，負(fù)極采用銅箔作為集流體。鋁箔厚度為30±2微米，寬度為320±1毫米；銅箔厚度為22±2微米，寬度為320±1毫米。電池正、負(fù)極極片長度均為11.00米。

將上述方法制得的極片于100℃烘烤48小時(shí)，再將正、負(fù)極極片、隔膜平行對齊，放置于全自動(dòng)卷繞機(jī)上，在正極片邊緣光箔位置焊接73根鋁極耳，在負(fù)極片邊緣光箔位置焊接73根銅極耳，并用高溫膠紙將極耳根部粘貼牢固。正極鋁極耳規(guī)格為：長70±1毫米，寬10±0.1毫米，厚0.1±0.01毫米；負(fù)極銅極耳規(guī)格為：長70±1毫米，寬10±0.05毫米，厚0.05±0.01毫米。

用極耳螺栓、正、負(fù)極耳板將正、負(fù)極耳固定在正、負(fù)極接線端子上，極耳要夾緊，小心地將電芯裝入電池筒中；分別在電池殼兩端套上支撐架，支撐架裝配結(jié)束后，分別按照順序?qū)⒄?、?fù)極接線端子、正、負(fù)極內(nèi)絕緣圈、O型圈、正、負(fù)極端蓋、外絕緣圈、接線端子防松墊片連接在一起，用接線端子鎖緊螺母固定。在正、負(fù)極端蓋上各設(shè)有1個(gè)安全閥片，其直徑為13毫米，厚度為0.5毫米，爆破壓力為7.5-8千克。在卷繞、裝配和焊接過程中，要用萬用表進(jìn)行短路檢驗(yàn)。采用真空注液進(jìn)行注液，電解液為LiPF6（EC PC DMC DEC），最后用激光焊機(jī)將電池兩端的端蓋密封焊上。

采用深圳市新威爾電子有限公司生產(chǎn)的BTS-5V200安電池檢測設(shè)備，對對比例2制備的圓柱形100安時(shí)LiFePO₄/C（碳纖維球）鋰離子電池進(jìn)行恒流充放電性能測試。按照《電動(dòng)汽車用鋰離子蓄電池》中華人民共和國汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T743-2006，充電過程為先恒流充電后恒壓充電，充電限制電壓為3.8V；放電過程為恒流放電，放電截止電壓為2.0V，采用0.33C的電流進(jìn)行充放電測試。

對比例2制備的圓柱形100安時(shí)LiFePO₄/C（碳纖維球）鋰離子電池，重量為3.7千克，放電容量為104.662毫安，充放電效率為95.2％，電池的內(nèi)阻為0.50毫歐，循環(huán)壽命為3000次左右。

對對比例2制備的圓柱形100安時(shí)LiFePO₄/C（碳纖維球）鋰離子電池，按照《電動(dòng)汽車用鋰離子蓄電池》中華人民共和國汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T743-2006，進(jìn)行針刺實(shí)驗(yàn)，電池不爆炸、不燃燒；電池兩端端蓋上的兩個(gè)安全閥片均未被打開；電池表面溫度為180℃。

• 對比例3：

將事先烘烤好的原料鈷酸鋰、導(dǎo)電炭黑、石墨、粘結(jié)劑PVDF、溶劑NMP按照質(zhì)量百分比39.0-40.0：0.3-0.7：0.8-1.2：1.5-2.5：56.0-58.0的比例稱量，共計(jì)0.467千克，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，制成電池正極漿料。

將事先烘烤好的原料石墨、導(dǎo)電炭黑、粘結(jié)劑PVDF、溶劑NMP按照質(zhì)量百分比37.0-38.0：0.8-1.2：2.0-3.0：58.0-60.0的比例稱量，共計(jì)0.261千克，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，制成電池?fù)極漿料。

涂布和輥壓過程中，正極采用鋁箔作為集流體，負(fù)極采用銅箔作為集流體。鋁箔厚度為20±2微米，寬度為183±1毫米；銅箔厚度為12±2微米，寬度為183±1毫米。單只電池正、負(fù)極極片長度均為2.13米。

將上述方法制得的極片于100℃烘烤48小時(shí)，再將正、負(fù)極極片、隔膜平行對齊，放置于全自動(dòng)卷繞機(jī)上，在正極片邊緣光箔位置焊接6根鋁極耳，在負(fù)極片邊緣光箔位置焊接6根鎳極耳，并用高溫膠紙將極耳根部粘貼牢固。正極鋁極耳規(guī)格為：長70±1毫米，寬10±0.1毫米，厚0.1±0.01毫米；負(fù)極鎳極耳規(guī)格為：長70±1毫米，寬為10±0.05毫米，厚為0.1±0.01毫米。

將正極極耳穿過絕緣片上的小孔，套上支撐架后，直接焊在正極端蓋（平板端蓋）內(nèi)側(cè)；然后小心地將電芯裝入電池外殼中，再將負(fù)極極耳穿過絕緣片上的小孔，焊在正極耳板上，套上支撐架；然后分別按照順序?qū)型圈、負(fù)極端蓋、負(fù)極接線端子連接在一起，旋緊固定。在負(fù)極端蓋上設(shè)有1個(gè)安全閥片，其直徑為13毫米，厚度為0.5毫米，爆破壓力為7.5-8千克。在卷繞、裝配和焊接過程中，要用萬用表進(jìn)行短路檢驗(yàn)。采用真空注液進(jìn)行注液，電解液為LiPF6（EC PC DMC DEC），最后用激光焊機(jī)將電池兩端的端蓋密封焊上。

采用深圳市新威爾電子有限公司生產(chǎn)的BTS-5伏200安電池檢測設(shè)備，對對比例3制備的圓柱形20毫安LiCoO2/C鋰離子電池進(jìn)行恒流充放電性能測試。按照《電動(dòng)汽車用鋰離子蓄電池》中華人民共和國汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T743-2006，充電過程為先恒流充電后恒壓充電，充電限制電壓為4.2V；放電過程為恒流放電，放電截止電壓為3.0V，采用0.33C的電流進(jìn)行充放電測試。

對比例3制備的圓柱形20毫安LiCoO2/C鋰離子電池，重量為0.58千克，放電容量為20.392毫安，充放電效率為87.1％，電池的內(nèi)阻為4.77毫歐，循環(huán)壽命為2500次左右。

對對比例3制備的圓柱形20毫安LiCoO2/C鋰離子電池，按照《電動(dòng)汽車用鋰離子蓄電池》中華人民共和國汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T743-2006，進(jìn)行針刺實(shí)驗(yàn)，負(fù)極端蓋以及其上的安全閥片均被打開；電池起火、燃燒、爆炸，如附圖7所示。

• 對比例4：

將事先烘烤好的原料磷酸鐵鋰、導(dǎo)電炭黑、石墨、粘結(jié)劑PVDF、溶劑NMP按照質(zhì)量百分比42.0-43.0：1.3-1.7：0.8-1.2：2.5-3.5：51.0-53.0的比例稱量，共計(jì)3.795千克，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，制成電池正極漿料。

將事先烘烤好的原料鈦酸鋰、導(dǎo)電炭黑、石墨、粘結(jié)劑PVDF、溶劑NMP按照質(zhì)量百分比49.0-50.0：0.8-1.2：0.8-1.2：3.0-4.0：44.0-46.0的比例稱量，共計(jì)3.472千克，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，制成電池?fù)極漿料。

涂布和輥壓過程中，正、負(fù)極均采用鋁箔作為集流體。鋁箔厚度為30±2微米，寬度為320±1毫米。電池正、負(fù)極極片長度均為17.63米。

將上述方法制得的極片100℃烘烤48小時(shí)，再將正、負(fù)極極片與隔膜平行對齊，放置于全自動(dòng)卷繞機(jī)上，在正、負(fù)極極片邊緣光箔位置各焊接60根鋁極耳，并用高溫膠紙將極耳根部粘貼牢固。正、負(fù)極鋁極耳規(guī)格為：長70±1毫米，寬10±0.1毫米，厚0.15±0.015毫米。

將均分成組的正、負(fù)極極耳穿過正、負(fù)極接線端子和滑動(dòng)環(huán)之間的空隙，并用極耳夾緊螺母固定夾緊（這種連接方式稱為“接線箍結(jié)構(gòu)”）；小心地將電芯裝入電池筒中；分別在電池殼兩端套上支撐架，支撐架裝配結(jié)束后，分別按照順序?qū)⒄⒇?fù)極接線端子、O型圈、絕緣墊、正、負(fù)極端蓋連接在一起，用接線端子鎖緊螺母和定位螺釘固定。在正、負(fù)極端蓋上各設(shè)有2個(gè)安全閥片，其直徑為13毫米，厚度為0.5毫米，爆破壓力為7.5-8千克。在卷繞、裝配和焊接過程中，要用萬用表進(jìn)行短路檢驗(yàn)。采用真空注液進(jìn)行注液，電解液為LiPF6（EC PC DMC DEC），最后用激光焊機(jī)將電池兩端的端蓋密封焊上。

采用深圳市新威爾電子有限公司生產(chǎn)的BTS-5伏200安電池檢測設(shè)備，對對比例4制備的圓柱形單體200毫安LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂鋰離子電池進(jìn)行恒流充放電性能測試。按照《電動(dòng)汽車用鋰離子蓄電池》中華人民共和國汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T743-2006，充電過程為先恒流充電后恒壓充電，充電限制電壓為2.3V；放電過程為恒流放電，放電截止電壓為0.5V，采用0.33C的電流進(jìn)行充放電測試。

對比例4制備的圓柱形單體200毫安LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂鋰離子電池，重量為7千克，放電容量為204.754毫安，充放電效率為98.9％，電池的內(nèi)阻為0.47毫歐，根據(jù)Li₄Ti₅O₁₂材料的特點(diǎn)以及前期小容量電池的數(shù)據(jù)推測，循環(huán)壽命按最保守的估計(jì)可達(dá)到8000次以上（理論計(jì)算為20000次）。

對比例4制備的圓柱形單體200毫安LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂鋰離子電池，按照《電動(dòng)汽車用鋰離子蓄電池》中華人民共和國汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T743-2006，進(jìn)行針刺實(shí)驗(yàn)，電池不燃燒、不爆炸；電池兩端端蓋上的4個(gè)安全閥片均未打開，電池表面溫度為34℃。

綜上所述，《圓柱形單體400Ah鋰離子電池及其制備方法》實(shí)施例1所制備的圓柱形單體400安時(shí)LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂鋰離子電池容量大、內(nèi)阻小、循環(huán)壽命長、安全可靠性好、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、性能一致性佳，可廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車、軍事裝備、航天航空、水力、火力、風(fēng)力、太陽能電站儲(chǔ)存電源系統(tǒng)，以及郵電通訊的不間斷電源上，從而滿足了日益增長的市場需求，具有廣闊的發(fā)展前景。

開發(fā)和應(yīng)用綠色能源，是歷史的必然選擇。高容量、大功率、安全可靠的圓柱形鋰離子動(dòng)力電池，將在中國國內(nèi)、外市場上占據(jù)重要地位，具有無限的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景 。

《圓柱形單體400Ah鋰離子電池及其制備方法》的目的在于提供一種圓柱形超大容量鋰離子電池及其工藝流程簡單的制備方法。

圓柱形單體400安時(shí)鋰離子電池，包括：

圓柱形電池外殼1，電池芯軸3，極耳4，接線端子6，正、負(fù)極端蓋11，

正極極片，所述正極極片由磷酸鐵鋰、導(dǎo)電炭黑、石墨、粘結(jié)劑PVDF、溶劑NMP組成，質(zhì)量百分比為：42.0-43.0：1.3-1.7：0.8-1.2：2.5-3.5：51.0-53.0，鋁箔作為集流體；

負(fù)極極片，所述電池負(fù)極由鈦酸鋰、導(dǎo)電炭黑、石墨、粘結(jié)劑PVDF、溶劑NMP組成，質(zhì)量百分比為：49.0-50.0：0.8-1.2：0.8-1.2：3.0-4.0：44.0-46.0，鋁箔作為集流體；

支撐架5、滑動(dòng)環(huán)7、極耳夾緊螺母8、絕緣墊9、O型圈10、接線端子鎖緊螺母12、定位螺釘13。

所述鋁箔厚度為30±2微米，寬度為320±1毫米，正極極片、負(fù)極極片長度為33.81米。

所述極耳規(guī)格為：長70±1毫米，寬為10±0.1毫米，厚為0.15±0.015毫米。

在正、負(fù)極端蓋上各設(shè)有3個(gè)安全閥片，其直徑為13毫米，厚度為0.5毫米，爆破壓力為7.5-8千克。

圓柱形電池外殼1和正、負(fù)極端蓋11材質(zhì)為不銹鋼，直徑為134毫米，長度為450毫米，壁厚為1毫米。

制造上述圓柱形單體400安時(shí)鋰離子電池的方法，過程如下：

（一）電極的制備

將事先烘烤好的原料磷酸鐵鋰、導(dǎo)電炭黑、石墨、粘結(jié)劑PVDF、溶劑NMP按照質(zhì)量百分比42.0-43.0：1.3-1.7：0.8-1.2：2.5-3.5：51.0-53.0的比例充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，制成電池正極漿料；將事先烘烤好的原料鈦酸鋰、導(dǎo)電炭黑、石墨、粘結(jié)劑PVDF、溶劑NMP按照質(zhì)量百分比49.0-50.0：0.8-1.2：0.8-1.2：3.0-4.0：44.0-46.0的比例充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆颍瞥呻姵刎?fù)極漿料；

涂布和輥壓過程中，正、負(fù)極均采用鋁箔作為集流體，鋁箔厚度為30±2微米，寬度為320±1毫米，正、負(fù)極極片長度均為33.81米；

（二）電池的組裝

將上面步驟制得的極片100℃烘烤48小時(shí)，再將正、負(fù)極極片與隔膜平行對齊，放置于全自動(dòng)卷繞機(jī)上，在正、負(fù)極極片邊緣光箔位置各焊接100根鋁極耳，并用高溫膠紙將極耳根部粘貼牢固，正、負(fù)極鋁極耳規(guī)格為：長70±1毫米，寬為10±0.1毫米，厚為0.15±0.015毫米；

將均分成組的正、負(fù)極極耳4穿過接線端子6和滑動(dòng)環(huán)7之間的空隙，并用極耳夾緊螺母8固定夾緊，這種連接方式稱為“接線箍結(jié)構(gòu)”；小心地將電芯裝入圓柱形電池外殼1中；分別在電池殼兩端套上支撐架5，支撐架裝配結(jié)束后，分別按照順序?qū)⒔泳€端子6、O型圈10、絕緣墊9、正、負(fù)極端蓋11連接在一起，用接線端子鎖緊螺母12和定位螺釘13固定；在正、負(fù)極端蓋上各設(shè)有3個(gè)安全閥片，其直徑為13毫米，厚度為0.5毫米，爆破壓力為7.5-8千克，在卷繞、裝配和焊接過程中，要用萬用表進(jìn)行短路檢驗(yàn)，采用真空注液進(jìn)行注液，電解液為LiPF6（EC PC DMC DEC），最后用激光焊機(jī)將電池兩端的端蓋密封焊上。

《圓柱形單體400Ah鋰離子電池及其制備方法》相對于2013年技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：

（一）《圓柱形單體400Ah鋰離子電池及其制備方法》制備出的圓柱形鋰離子電池，單體容量達(dá)到400安時(shí)以上，是2013年國內(nèi)外鋰離子電池市場上已見報(bào)道研制出的圓柱形最大單體容量的電池。

（二）《圓柱形單體400Ah鋰離子電池及其制備方法》采用了獨(dú)特相匹配的正、負(fù)極漿料工藝配方和先進(jìn)的制備技術(shù)。首次采用了熱穩(wěn)定性良好的磷酸鐵鋰為正極材料，以“零應(yīng)變”材料鈦酸鋰為負(fù)極材料；電池的循環(huán)壽命按最保守的估計(jì)可達(dá)到8000次以上（理論計(jì)算為20000次），是2013年中國國內(nèi)、外市場上一般鋰離子電池壽命的2-4倍；顯著提高了電池的安全性和循環(huán)壽命。

（三）《圓柱形單體400Ah鋰離子電池及其制備方法》制備的圓柱形鋰離子電池針刺實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，電池不燃燒、不爆炸，電池表面溫度僅34℃。而2013年市場上常規(guī)LiFePO₄/C電池針刺實(shí)驗(yàn)，電池表面溫度為200℃，電池的安全性顯著得到提高。

（四）《圓柱形單體400Ah鋰離子電池及其制備方法》設(shè)計(jì)了新穎的圓柱形外型，實(shí)用性強(qiáng)，耐蝕、耐壓、抗沖擊、耐振動(dòng)性強(qiáng)，成本低，單體電池容量大，電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)合理，大大提高了電池的散熱性，熱穩(wěn)定性和安全性。

（五）正、負(fù)極集流體均采用鋁箔，正、負(fù)極極耳均采用鋁極耳，相比較為昂貴的銅材質(zhì)作為集流體和極耳，大大地降低了成本。

（六）在優(yōu)選方案中，在電池兩端的端蓋上巧妙地分別安放了3個(gè)安全閥片；在電池芯和接線端子的連接方式上采用了獨(dú)特的“接線箍結(jié)構(gòu)”，這些設(shè)計(jì)顯著降低了電池的內(nèi)阻，提高了電池的安全可靠性。

（七）《圓柱形單體400Ah鋰離子電池及其制備方法》工藝流程簡單，適合應(yīng)用于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn) 。

1.圓柱形單體400安時(shí)鋰離子電池，其特征在于，包括：圓柱形電池外殼（1），電池芯軸（3），極耳（4），接線端子（6），正、負(fù)極端蓋（11），正極極片，所述正極極片由磷酸鐵鋰、導(dǎo)電炭黑、石墨、粘結(jié)劑PVDF、溶劑NMP組成，質(zhì)量百分比為：42.0-43.0：1.3-1.7：0.8-1.2：2.5-3.5：51.0-53.0，鋁箔作為集流體；負(fù)極極片，所述負(fù)極極片由鈦酸鋰、導(dǎo)電炭黑、石墨、粘結(jié)劑PVDF、溶劑NMP組成，質(zhì)量百分比為：49.0-50.0：0.8-1.2：0.8-1.2：3.0-4.0：44.0-46.0，鋁箔作為集流體；支撐架（5）、滑動(dòng)環(huán)（7）、極耳夾緊螺母（8）、絕緣墊（9）、O型圈（10）、接線端子鎖緊螺母（12）、定位螺釘（13）。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述圓柱形單體400安時(shí)鋰離子電池，其特征在于，所述鋁箔厚度為30±2微米，寬度為320±1毫米，正極極片、負(fù)極極片長度為33.81米。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述圓柱形單體400安時(shí)鋰離子電池，其特征在于，所述極耳規(guī)格為：長70±1毫米，寬為10±0.1毫米，厚為0.15±0.015毫米。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述圓柱形單體400安時(shí)鋰離子電池，其特征在于，在正、負(fù)極端蓋上各設(shè)有3個(gè)安全閥片，其直徑為13毫米，厚度為0.5毫米，爆破壓力為7.5-8千克。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述圓柱形單體400安時(shí)鋰離子電池，其特征在于，圓柱形電池外殼（1）和正、負(fù)極端蓋（11）材質(zhì)為不銹鋼，直徑為134毫米，長度為450毫米，壁厚為1毫米。

6.制造如權(quán)利要求4所述圓柱形單體400安時(shí)鋰離子電池的方法，其特征在于，過程如下：（一）電極的制備將事先烘烤好的原料磷酸鐵鋰、導(dǎo)電炭黑、石墨、粘結(jié)劑PVDF、溶劑NMP按照質(zhì)量百分比42.0-43.0：1.3-1.7：0.8-1.2：2.5-3.5：51.0-53.0的比例充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，制成電池正極漿料；將事先烘烤好的原料鈦酸鋰、導(dǎo)電炭黑、石墨、粘結(jié)劑PVDF、溶劑NMP按照質(zhì)量百分比49.0-50.0：0.8-1.2：0.8-1.2：3.0-4.0：44.0-46.0的比例充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆颍瞥呻姵刎?fù)極漿料；涂布和輥壓過程中，正、負(fù)極均采用鋁箔作為集流體，鋁箔厚度為30±2微米，寬度為320±1毫米，正、負(fù)極極片長度均為33.81米；（二）電池的組裝將上面步驟制得的極片100℃烘烤48小時(shí)，再將正、負(fù)極極片與隔膜平行對齊，放置于全自動(dòng)卷繞機(jī)上，在正、負(fù)極極片邊緣光箔位置各焊接100根鋁極耳，并用高溫膠紙將極耳根部粘貼牢固，正、負(fù)極鋁極耳規(guī)格為：長70±1毫米，寬為10±0.1毫米，厚為0.15±0.015毫米；將均分成組的正、負(fù)極極耳（4）穿過接線端子（6）和滑動(dòng)環(huán)（7）之間的空隙，并用極耳夾緊螺母（8）固定夾緊，這種連接方式稱為“接線箍結(jié)構(gòu)”；小心地將電芯裝入圓柱形電池外殼（1）中；分別在電池殼兩端套上支撐架（5），支撐架裝配結(jié)束后，分別按照順序?qū)⒔泳€端子（6）、O型圈（10）、絕緣墊（9）、正負(fù)極端蓋（11）連接在一起，用接線端子鎖緊螺母（12）和定位螺釘（13）固定；在正、負(fù)極端蓋上各設(shè)有3個(gè)安全閥片，其直徑為13毫米，厚度為0.5毫米，爆破壓力為7.5-8千克，在卷繞、裝配和焊接過程中，要用萬用表進(jìn)行短路檢驗(yàn)，采用真空注液進(jìn)行注液，電解液為LiPF6（EC PC DMC DEC），最后用激光焊機(jī)將電池兩端的端蓋密封焊上 。

《鋰離子電池正極材料及其制備方法》涉及二次鋰離子電池用的鈷酸鋰材料及其制備方法，更具體地講，涉及一種二次鋰離子電池用的高體積比容量的鈷酸鋰材料及其制備方法。

鋰離子電池正極材料及其制備方法專利目的

《鋰離子電池正極材料及其制備方法》的目的之一是提供一種制備體積比容量高、循環(huán)性能好、安全性能優(yōu)異的鈷酸鋰正極材料的方法。

鋰離子電池正極材料及其制備方法技術(shù)方案

《鋰離子電池正極材料及其制備方法》所采用的技術(shù)方案為：

（1）以四氧化三鈷和碳酸鋰為原料，按鋰鈷比1.05—1.20進(jìn)行配料，干粉混合均勻后，在800—900℃、優(yōu)選為860—900℃的溫度下進(jìn)行第一次合成，并將合成所得的鈷酸鋰進(jìn)行粉碎，得到A料；

（2）以碳酸鋰和碳酸鈷為原材料，按化學(xué)計(jì)量比LiCoO₂進(jìn)行配料，經(jīng)球磨均勻，得到B料；

（3）將上述的A料與B料混合，行機(jī)械造粒，使B料粘附在A料顆粒表面，其中，A料與B料的配比為A:B=（90—70）:（10—30）；

（4）將步驟（3）制得的物料進(jìn)行二次合成，升溫至900—1100℃的合成溫度下進(jìn)行保溫。

其中，步驟（1）中所采用的四氧化三是按如下方式制備的：以碳酸鈷或者草酸鈷為原料，Sb₂O₃為摻雜劑，按Co:Sb=1:（0.002-0.02）的摩爾比混合均勻，然后將所得配料進(jìn)行加熱。優(yōu)選地，所得配料進(jìn)行加熱的方式為：先將所述配料在300-500℃下進(jìn)行加熱處理，再將所述處理后的配料在750-920℃進(jìn)行加熱處理。

《鋰離子電池正極材料及其制備方法》在制備四氧化三鈷原料時(shí)就加入改性劑進(jìn)行摻雜，這種摻雜方法使得摻雜物質(zhì)能夠較好地分布在原料中，因而在合成鈷酸鋰時(shí)能夠更均勻地分布到鈷酸鋰晶體結(jié)構(gòu)中。

另外，在該發(fā)明的步驟（2）中可以進(jìn)一步采用Sb₂O₃作為摻雜劑，并按化學(xué)計(jì)量比Li_1.0Co_（1-X）Sb_XO₂進(jìn)行配料，其中0.001≤x≤0.03。

在《鋰離子電池正極材料及其制備方法》中，采用Sb₂O₃摻雜后的鈷酸鋰材料六方層狀結(jié)構(gòu)層間距增大有利于鋰離子的嵌入/脫嵌，提高了鋰離子在材料中的擴(kuò)散系數(shù)，有利于提高材料的質(zhì)量比容量；而且，Sb₂O₃摻雜使得鈷酸鋰材料在鋰離子嵌入/脫嵌過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增加，從而使得材料的安全性能和長期循環(huán)性能得到有效改善。

為了在步驟（3）中更好地進(jìn)行機(jī)械造粒，步驟（2）中最好采用小粒度的碳酸鈷或者草酸鈷作為原料，例如可以采用純度≥99.9%、粒度（或稱粒徑）D₅₀≤2微米的碳酸鋰，采用粒度為0.1微米≤D₅₀≤1微米的碳酸鈷。這是因?yàn)樵诙魏铣汕?，粒度小、比表面積大的碳酸鈷和碳酸鋰的混合粉體更容易通過機(jī)械造粒的方式粘附在第一次合成的鈷酸鋰大顆粒上面。

優(yōu)選地，步驟（2）中所采用的Sb₂O₃摻雜劑的粒度為0.01微米≤D₅₀≤0.5微米。

《鋰離子電池正極材料及其制備方法》所謂的機(jī)械造粒是采用機(jī)械擠壓和研磨的方式進(jìn)行造粒，其可以是干法造粒，也可以是添加適當(dāng)揮發(fā)性溶劑或粘結(jié)劑的濕法造粒。優(yōu)選采用對環(huán)境友好的干法造粒。

《鋰離子電池正極材料及其制備方法》采用機(jī)械造粒的獨(dú)特工藝路線，可以有效地提高鈷酸鋰正極材料的顆粒粒度和振實(shí)密度，從而提高正極材料的壓實(shí)密度和體積比容量。

優(yōu)選地，上述步驟（4）中進(jìn)行二次合成時(shí)，首先升溫至700—800℃的溫度區(qū)間并保溫0—5小時(shí)。

另一方面，《鋰離子電池正極材料及其制備方法》目的還在于提供一種采用上述方法制備的、體積比容量高、循環(huán)性能好、安全性能優(yōu)異的鈷酸鋰正極材料，該鈷酸鋰正極材料的化學(xué)組成通式為Li_{（1 Y）}Co_（1-X）Sb_XO₂，其中，0.001≤x≤0.03，0≤Y≤0.08

優(yōu)選地，上述的鈷酸鋰正極材料的顆粒度D₅₀≥9.5微米，振實(shí)密度在2.8-3.2克/立方厘米之間。

通過對《鋰離子電池正極材料及其制備方法》所制備的鈷酸鋰材料的X衍射分析表明，晶胞的a和c軸都有所增大，總的晶胞體積也在增大，這是由于Sb部分取代Co元素引起的晶體結(jié)構(gòu)的改變。

其中，標(biāo)準(zhǔn)鈷酸鋰的晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)為a=0.2816納米，c=1.4056納米，c/a=4.899，單胞體積V/A=96.5390。而對《鋰離子電池正極材料及其制備方法》一實(shí)施例中制備的鈷酸鋰材料的晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行X衍射測試，得到：a=0.2862納米，c=1.4284納米，單胞體積V/A=101.3015。

對于《鋰離子電池正極材料及其制備方法》制備的鈷酸鋰材料的晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)，可能會(huì)由于Sb的添加量不同等因素而略有不同。

由于《鋰離子電池正極材料及其制備方法》是在合成四氧化三鈷原料時(shí)就采用Sb₂O₃進(jìn)行摻雜改性這種摻雜方法使得摻雜物質(zhì)能夠較好地分布在鈷原料中，因而在合成鈷酸鋰時(shí)能夠更均勻地分布到鈷酸鋰晶體結(jié)構(gòu)中然后采用機(jī)械造粒（低溫造粒）的獨(dú)特工藝路線進(jìn)行材料的制備，因而所制得的材料綜合性能優(yōu)異：材料粒度D₅₀≥9.5微米，振實(shí)密度>2.8克/立方厘米，體積比容量≥560毫安時(shí)/立方厘米，初始比容量≥145毫安時(shí)/克，36伏電壓平臺(tái)>85%，500周循環(huán)放電>90%，3庫侖5伏過充合格。

《鋰離子電池正極材料及其制備方法》制備的材料既可以實(shí)現(xiàn)大顆粒、高振實(shí)以及優(yōu)良的極片加工性能，而且材料結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，循環(huán)性能、安全性能等綜合性能優(yōu)異，能夠滿足市場上對高容量高性能鋰離子電池用正極材料的需求。

《鋰離子電池正極材料及其制備方法》采用分步合成工藝，第一次合成時(shí)采用過量的鋰使得在較低的溫度下即可得到較大的鈷酸鋰顆粒；然后在二次合成前將粒度小比表面積大的碳酸鈷和碳酸鋰的混合粉體通過機(jī)械造粒的方式粘附在一步合成的鈷酸鋰大顆粒上面。由于第一次合成的反應(yīng)并不能消耗掉過量的鋰，顆粒表面仍有多余的未反應(yīng)的鋰存在，通過第二次合成的高溫合成，顆粒表面過量的鋰可以與粘附在其表面的碳酸反應(yīng)，使一步合成的鈷酸鋰顆粒繼續(xù)長大，從而獲得大顆粒、高振實(shí)鈷酸鋰材料。

鋰離子電池正極材料及其制備方法改善效果

《鋰離子電池正極材料及其制備方法》具有工藝簡單、工藝范圍寬、容易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)所制備的材料具有粒度大、振實(shí)高、比容高、循環(huán)壽命長、安全性能好等特點(diǎn)，可顯著提升鋰離子電池體積比能量和循環(huán)保持率、提高電池的綜合性能。

2017年12月11日，《鋰離子電池正極材料及其制備方法》獲得第十九屆中國專利優(yōu)秀獎(jiǎng)。