[01079209]锂离子电池高密度球形系列正极材料-高密度球形钴酸锂(LiCoO<,2>)

锂离子电池是新一代的绿色高能电池，具有电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应、工作温度范围宽等众多优点，广泛应用于移动电话、笔记本电脑、UPS、摄录机、各种便携式电动工具、电子仪表、武器装备等，在电动汽车中也具有良好的应用前景，被认为是在二十一世纪对国民经济和人民生活具有重要意义的高新技术产品。正极材料是锂离子电池的重要组成部分。LiCoO<,2>是目前唯一已经大规模产业化并广泛应用于商品锂离子电池的正极材料，预计在相当长一段时期内还将占统治地位。LiCoO<,2>的研究虽然相对比较成熟，但其综合性能仍有很大的改进余地。锂离子电池不断向高能量密度的方向发展，要求LiCoO<,2>正极材料粉体不仅具有高的质量比容量，而且要求有高的体积比容量。实践证明，正极材料的松装密度和振实密度越大，则正极片中正极材料的实际堆积密度越大，单位体积的电池中可以装入的正极材料越多，电池的能量密度也越大。粉体材料的松装密度和振实密度与粉体颗粒的形貌、粒径及其分布密切相关。举例来说，Ni(OH)<,2>是用于镍氢电池和镍镉电池的正极材料。以前，人们采用片状的Ni(OH)<,2>，其振实密度只有1.5-1.6g/cm<'3>；目前采用的球形Ni(0H)<,2>的振实密度可达2.2-2.3g/cm<'3>；球形Ni(0H)<,2>已基本上取代了片状的Ni(OH)<,2>，显著提高了镍氢电池和镍镉电池的能量密度。根据该校的分析，目前国内外己商品化的LiCoO<,2>正极材料都是由无规则的片状或粒状颗粒组成的，材料的松装密度一般仅为1.Og/cm<'3>，振实密度一般仅为2.2-2.3g/cm<'3>。根据球形Ni(OH)<,2>的先例，可以预计，由规则的球形颗粒组成的LiCoO<,2>材料具有更高的堆积密度，从而有利于提高锂离子电池的能量密度。不仅如此，球形产品还具有优异的流动性、分散性和可加工性能，十分有利于制作正极材料浆料和电极片的涂覆，提高电极片质量。此外，相对于无规则的颗粒，规则的球形颗粒表面比较容易包覆完整、均匀、牢固的修饰层，因此球形LiCoO<,2>更有希望通过表面修饰进一步改善综合性能。据此该校预计，球形化是LiCoO<,2>正极材料的重要发展方向。清华大学经过多年刻苦攻关，开发出新型的控制结晶一固相反应新工艺，合成高密度球形钴酸锂，为国际首创。该钻酸锂粉体材料由单分散球形颗粒组成、粒径分布可调(典型中位径D<,50>=8-9μm)、堆积密度大(振实密度可达2.6-2.9g/cm<'3>，比商品钴酸锂提高20-30％)、流动性好、可加工性能好；经权威机构和电池厂测试，各项理化指标和电化学性能指标均达到国际先进水平。产品的高密度、球形特色对改善锂离子电池正极片涂覆质量、提高电池能量密度、改善电池安全性具有重要意义。高密度球形钴酸锂正极材料在国际上为首创，代表了钻酸锂正极材料的发展方向。采用该新技术生产高密度球形钴酸锂，彻底抛弃传统的以四氧化三钴为原料的高温固相法，而采用金属钴、硝酸钴或碳酸钴为原料，采用特殊的控制结晶技术预先合成高活性的球形氢氧化钴前驱体，再与锂源共混热处理的方法，一步煅烧合成高密度球形钻酸锂。技术指标：外观：灰黑色粉末，无结块微观形貌：由单分散球形颗粒组成(图略)粒度分布：D<,50>=5～15gm，2～25μm占99％以上，粒度呈正态分布，根据市场需要可适当调节松装密度：1.7～1.9g/cm<'3>。振实密度：2.6～2.9g/cm<'3>。比表面积：0.15～0.30m<'2>/g。pH：9～10。电化学性能：0.2C充放电时，首次放电比容量大于144mAh/g，第40次放电比容量大于140mAh/g。1C充放电时，首次放电比容量大于136mAh/g，第40次放电比容量大于133mAh/g。合作方式：该技术尚处于实验室研制阶段，但已取得决定性突破。热忱欢迎各界朋友与该校合作，进行中试放大和进一步研究开发直至产业化。