一种钴氧化物包覆三元正极材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种钴氧化物包覆三元正极材料的制备方法，属于电池正极材料技术领域。解决的问题是如何实现降低烧结温度和低包覆量而具有高倍率性能，一种钴氧化物包覆三元正极材料的制备方法，该方法包括将钴源与高镍三元正极材料放入容器中，再以≤700rpm的转速条件下进行搅拌混合得到相应的混合物料；在空气或氧气的气氛下，将混合物料在250℃～550℃的条件下进行低温固相烧结处理，得到相应的钴氧化物包覆三元正极材料；钴氧化物的包覆量为三元正极材料质量的0.1wt％～1.0wt％。能够有效的实现低钴氧化物包覆的效果，实现材料在高压条件下的倍率和循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种钴氧化物包覆三元正极材料的制备方法
本专利技术涉及一种钴氧化物包覆三元正极材料的制备方法，属于电池正极材料

技术介绍
锂离子电池凭借着高能量密度、长循环寿命、较高的工作电压、低自放电和对环境友好等优点被广泛地应用于新能源汽车领域。新能源汽车作为一种新型的交通工具，其续航能力、充电效率、安全性和成本等方面是消费者所关心的问题，这一切都与锂离子动力电池的性能息息相关。随着新能源汽车的大量应用，市场对锂离子动力电池的性能提出了更高的要求。电池电极材料作为锂离子动力电池的核心部件，直接决定了其电化学性能。商业化的负极材料主要有石墨和硅碳，性能已经满足现在的需要。而目前真正制约锂离子动力电池发展的主要因素是正极材料，其也成为当下锂离子动力电池能量密度提高的瓶颈。市场上的正极材料主要有磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰和镍钴铝等。在现有的正极材料体系中，为了追求高能量密度的锂离子动力电池，市场将目光投向了高镍体系的正极材料。然而，此类材料在实际应用中仍然面临许多问题：阳离子混排造成材料不可逆容量变大；非电化学活性NiO的产生造成电池容量的迅速衰减；金属离子的溶解使得材料循环寿命缩短；释氧引发的电池安全问题；表面杂质阻止锂离子扩散和界面电荷传输，破坏材料的循环稳定性和倍率性能。为了提高高镍体系的正极材料的性能，也有通过将其进行改性以提高性能，如中国专利申请(公开号：CN106532006A)公开了一种氧化钴包覆三元正极材料的制备方法，该正极材料的化学通式为Li(NixCoMn1-x-y)O2,0.5≤x≤0.9,0<y≤0.3,0<1-x-y≤0.2,该方法包括先加工含镍三元正极材料，再将三元正极材料和纳米级钴化合物高速混合均匀，在空气或氧气的气氛条件下高温烧结制备氧化钴包覆三元正极材料。但是，其需采用高速搅拌，而一般常规的高速搅拌的搅拌速度在1000rpm以上，而高镍正极材料在这样的高速搅拌下形貌会被破坏，从而影响性能；其由于钴化合物的添加量较高，摩尔包覆量在2％～6％的范围内，这样烧结的温度较高，不利于节能和控制成本，且包覆量过大也影响了高镍正极材料的性能，其需采用纳米级的材料，对钴化合物的颗粒要求高，不利于商业利用。
技术实现思路
本专利技术针对以上现有技术中存在的缺陷，提供一种钴氧化物包覆三元正极材料的制备方法，解决的问题是如何实现低温烧结和采用低包覆量来提高倍率循环性能。本专利技术的目的是通过以下技术方案得以实现的，一种钴氧化物包覆三元正极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：A、将钴源与高镍三元正极材料放入容器中，再以≤700rpm的转速条件下进行搅拌混合得到相应的混合物料；B、在空气或氧气的气氛下，将混合物料在250℃～550℃的条件下进行低温固相烧结处理，得到相应的钴氧化物包覆三元正极材料；所述钴氧化物的包覆量为三元正极材料质量的0.1wt％～1.0wt％。本专利技术通过在不高于700rpm的转速下进行搅拌混合，是为了避免破坏高镍三元正极材料的形貌，使在混合的过程中保持材料的原有特性；而在研究过程中发现，通过在250℃～550℃的低温条件下进行固相烧结处理，是为了使在钴源的分解温度下进行烧结，并在空气或氧气的氛围下，有利于形成无定形的钴氧化物和在三元正极材料的表面包覆少量的钴氧化物，提高离子传输的能力，避免了现有的高温烧结对材料的形态的影响而降低循环倍率性能；同时，通过低温固相烧结能够使形成的包覆层可有效缓解材料和电解液之间的界面反应，减少材料的表面杂质和提高锂离子的传输和减小极化，实现提高材料的倍率循环性能以及能够在高电压状态下使用；且采用低温烧结也能够更好的降低能耗，提高能量的利用。另一方面，在研究过程中发现表面包覆量对材料的性能影响较大，通过使采用少量的钴氧化物的包覆量为三元正极材料质量0.1wt％～1.0wt％，能够更有效的提高材料的倍率循环性能，这里通过改变包覆量使仅需要少量的钴氧化物即可获得材料在高电压状态下的优异性能，不同于常规的认知认为包覆量增加倍率性能改善越好的偏见。这里所说的钴氧化物包括CoO、Co2O3或Co3O4，也可以是它们的任意成分混合，钴氧化物也可以用Co-O系氧化物表示等。在上述钴氧化物包覆三元正极材料的制备方法中，作为优选，步骤B中所述钴氧化物的包覆量为三元正极材料质量的0.1wt％～0.5wt％。通过少量的钴氧化物包覆即可使材料具有更好的倍率循环性能。作为更进一步的优选，所述钴氧化物的包覆量为三元正极材料质量的0.12wt％～0.35wt％。在上述钴氧化物包覆三元正极材料的制备方法中，作为优选，步骤A中所述搅拌混合采用磁力搅拌；所述转速为100rpm～600rpm。这里的单位rpm为转/分钟，且通过采用磁力搅拌具有较低的搅拌速度，采用低搅拌速度进行混合，能够使具有低剪切力的效果，有利于更好的高镍三元正极材料在搅拌过程中被破坏而改变其形貌，影响材料的倍率循环性能。作为更进一步的优选，所述搅拌速度为150rpm～400rpm。在上述钴氧化物包覆三元正极材料的制备方法中，作为优选，步骤A中所述钴源选自草酸钴、醋酸钴、碳酸钴、氢氧化钴、CoO、Co(OH)2、环烷酸钴、硬脂酸钴和新癸酸钴中的一种或多种。采用这些钴源具有原料易得，成本低的优点，更重要是的采用这些钴源能够更有效的在低温条件下分解形成相应的钴氧化物，利于在高镍三元正极材料的表面形成包覆。在上述钴氧化物包覆三元正极材料的制备方法中，作为优选，步骤A所述高镍三元正极材料为镍的摩尔量≥0.5的高镍三元正极材料。材料具有高能量密度，且更好的保证材料性能。作为进一步的优选，所述高镍三元正极材料为LiNi0.8Co0.15Al0.05O2材料。此三元正极材料与少量的钴氧化合物形成促进作用，能有效提高基底材料的倍率循环性能。而在目前的研究中，普遍采用的包覆量是本专利技术中的数倍，而本专利技术不仅达到了利用少量钴氧化合物提高材料性能，而且合成方法简单可控，有利于控制成本。在上述钴氧化物包覆三元正极材料的制备方法中，作为优选，步骤A所述钴源的颗粒粒径为微米级。由于通过采用低速搅拌结合低温烧结处理相结合，也就是相当于使烧结温度在钴源的分解温度左右进行处理，降低了对钴源材料的要求，只需采用微米级的颗粒即可实现更好的循环倍率性能。相比于采用纳米级颗粒来说，对原料的要求并不需要太苛刻，更方便了实际生产过程中对原料的选择和需求，有利于降低生产成本。作为进一步的优选，所述钴源的颗粒粒径为100μm～300μm。在上述钴氧化物包覆三元正极材料的制备方法中，作为优选，步骤B中所述低温固相烧结处理的温度为300℃～400℃。在低温烧结下，不仅能够实现较好的材料性能，且具有能耗低的效果。综上所述，本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：通过采用少量的钴源和高镍三元材料为原料结合在低速搅拌和低温固相烧结相结合的处理工艺，能够有效的实现低钴氧化物包覆的效果，能够有效缓解材料和电解液之间的界面反应，减少材料的表面杂质和提高锂离子的传输和减小极化，提高材料的倍率循环性能，且在高压条件下仍能够保持该性能。附图说明图1是本专利技术得到的Co3O4包覆LiNi0.8Co0.15Al0.05O2材料和原料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2材料的XRD图。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钴氧化物包覆三元正极材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：A、将钴源与高镍三元正极材料放入容器中，再以≤700rpm的转速条件下进行搅拌混合得到相应的混合物料；B、在空气或氧气的气氛下，将混合物料在250℃～550℃的条件下进行低温固相烧结处理，得到相应的钴氧化物包覆三元正极材料；所述钴氧化物的包覆量为三元正极材料质量的0.1wt％～1.0wt％。

【技术特征摘要】
1.一种钴氧化物包覆三元正极材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：A、将钴源与高镍三元正极材料放入容器中，再以≤700rpm的转速条件下进行搅拌混合得到相应的混合物料；B、在空气或氧气的气氛下，将混合物料在250℃～550℃的条件下进行低温固相烧结处理，得到相应的钴氧化物包覆三元正极材料；所述钴氧化物的包覆量为三元正极材料质量的0.1wt％～1.0wt％。2.根据权利要求1所述钴氧化物包覆三元正极材料的制备方法，其特征在于，步骤B中所述钴氧化物的包覆量为三元正极材料质量的0.1wt％～0.5wt％。3.根据权利要求1所述钴氧化物包覆三元正极材料的制备方法，其特征在于，步骤A中所述搅拌混合采用磁力搅拌；所述转速为100rpm～600rpm。4.根据权利要求1或2或3所述钴氧化物包覆三元正极材料的制备方法，其特征在于，步骤A中所述钴源...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵俐，魏日兵，唐俊，贲晴，吴媛，黄恳，
申请(专利权)人：浙江衡远新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33