钴酸锂复合材料及其制备方法和应用、锂离子电池技术

本发明专利技术涉及一种钴酸锂复合材料及其制备方法和应用、锂离子电池，钴酸锂复合材料以第一金属掺杂的钴酸锂为核，以包覆层为壳，包覆层包括依次设于核的表面的第一包覆层、第二包覆层及第三包覆层，第一包覆层的组分包括第二金属的氧化物，第二包覆层的组分包括第三金属掺杂的钴酸锂，第三包覆层的组分包括第四金属的氧化物。上述钴酸锂复合材料的循环性能和高温性能较好。温性能较好。温性能较好。

【技术实现步骤摘要】
钴酸锂复合材料及其制备方法和应用、锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池领域，特别涉及一种钴酸锂复合材料及其制备方法和应用、锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有能量密度大、循环性能好、无记忆效应和环境友好的特点，广泛应用于电子产品、电动车辆和航天航空等领域。
[0003]钴酸锂具有高容量和高压实的特点，钴酸锂理论压实可以达到5.06g/cm3，实际压实可以达到4.2g/cm3以上，常用作锂离子电池的正极材料。然而，传统的钴酸锂材料在高电压下的循环性能和高温性能较差。
[0004]因此，提供一种在高电压下，循环性能和高温性能较好的钴酸锂材料具有重要意义。

技术实现思路

[0005]基于此，本专利技术提供了一种循环性能和高温性能较好的钴酸锂复合材料及其制备方法和应用、锂离子电池。
[0006]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下。
[0007]一种钴酸锂复合材料，所述钴酸锂复合材料以第一金属掺杂的钴酸锂为核，以包覆层为壳，所述包覆层包括依次设于所述核的表面的第一包覆层、第二包覆层及第三包覆层，所述第一包覆层的组分包括第二金属的氧化物，所述第二包覆层的组分包括第三金属掺杂的钴酸锂，所述第三包覆层的组分包括第四金属的氧化物。
[0008]在其中一些实施例中，钴酸锂复合材料中，所述第一金属和所述第三金属分别独立地选自锂、钠、钾、钙、铁、铜、铝、锆、镁、铟、锑、铋、钡、钨、钯、锶、铈、铌、钪、镓、银、钒、锌、锗和钼中的至少一种。
[0009]在其中一些实施例中，钴酸锂复合材料中，所述第二金属和所述第四金属分别独立地选自钙、镁、铝、铁、铜、锆、钨、锶、锌、钼和铈中的至少一种。
[0010]在其中一些实施例中，钴酸锂复合材料中，所述第三包覆层的表面还包括第四包覆层，所述第四包覆层的组分选自第五金属的氧化物和第六金属的氟化物中的至少一种。
[0011]在其中一些实施例中，钴酸锂复合材料中，所述第五金属和所述第六金属分别独立地选自锆、钛、镁、铝、镍、锰、铁、铜、铟、锑、铋、钡、钨、钯、锶、铈、铌、钪、镓、银、钒、锌、锗和钼中的至少一种。
[0012]在其中一些实施例中，钴酸锂复合材料中，所述第一金属掺杂的钴酸锂中的钴元素与所述第一金属的摩尔比为1:(0.001～0.3)。
[0013]在其中一些实施例中，钴酸锂复合材料中，所述第一金属掺杂的钴酸锂中的钴元素与所述第二金属的摩尔比为1:(0.001～0.2)。
[0014]在其中一些实施例中，钴酸锂复合材料中，所述第三金属掺杂的钴酸锂中的钴元
素与所述第三金属的摩尔比为1:(0.001～0.3)。
[0015]在其中一些实施例中，钴酸锂复合材料中，所述第三金属掺杂的钴酸锂中的钴元素与所述第四金属的摩尔比为1:(0.001～0.2)。
[0016]本专利技术提供了一种钴酸锂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0017]提供第一金属掺杂的碳酸钴晶种，在所述第一金属掺杂的碳酸钴晶种的表面设置第二金属的氢氧化物包覆层；
[0018]在所述第二金属的氢氧化物包覆层的表面设置第三金属掺杂的碳酸钴包覆层；
[0019]在所述第三金属掺杂的碳酸钴包覆层的表面设置第四金属的氢氧化物包覆层后，进行煅烧，制备四氧化三钴复合材料；
[0020]将所述四氧化三钴复合材料和锂源混合煅烧。
[0021]在其中一些实施例中，钴酸锂复合材料的制备方法中，所述第一金属掺杂的碳酸钴晶种的D50为0.1μm～10μm。
[0022]在其中一些实施例中，钴酸锂复合材料的制备方法中，所述第二金属的氢氧化物包覆层的厚度为0.01μm～3μm。
[0023]在其中一些实施例中，钴酸锂复合材料的制备方法中，所述第三金属掺杂的碳酸钴包覆层的厚度为1μm～30μm。
[0024]在其中一些实施例中，钴酸锂复合材料的制备方法中，所述第四金属的氢氧化物包覆层的厚度为0.01μm～3μm。
[0025]本专利技术提供了上述的钴酸锂复合材料或上述的钴酸锂复合材料的制备方法制备得到的钴酸锂复合材料在制备锂离子电池中的应用。
[0026]本专利技术提供了一种锂离子电池，包括正极、隔膜和负极，所述正极和所述负极设于所述隔膜的两侧，所述正极的材质包括上述的钴酸锂复合材料或上述的钴酸锂复合材料的制备方法制备得到的钴酸锂复合材料。
[0027]与现有技术相比较，本专利技术的钴酸锂复合材料具有如下有益效果：
[0028]上述钴酸锂复合材料，在第一金属掺杂的钴酸锂的表面依次设置包括第二金属的氧化物的第一包覆层、包括第三金属掺杂的钴酸锂的第二包覆层及包括第四金属的氧化物第三包覆层，各层之间通过静电吸引、离子键和共价键结合，使钴酸锂复合材料具有较高的稳定性能；其中，第一金属掺杂的钴酸锂和第三金属掺杂的钴酸锂为钴酸锂复合材料主要活性物质成分，第一包覆层和第三包覆层可有效防止电解液的渗入，从而有效防止电解液与钴酸锂发生副反应导致钴酸锂复合材料粉末化、容量衰减和电池产气行为的发生；同时有效缓解钴酸锂复合材料在充放电过程中的体积变化，从而降低钴酸锂复合材料应体积变化产生的结构应力而产生裂纹，保持钴酸锂复合材料的晶体结构稳定性；上述钴酸锂复合材料各层之间协同作用，使钴酸锂复合材料的循环性能和高温性能较好。
[0029]将上述钴酸锂复合材料用作锂电池正极材料时，能有效缓解正极材料在高电压循环过程中的体积变化，且可屏蔽电解液的渗透，有效控制正极材料和电解液生成新的界面膜，以及减少电解液的消耗，同时还可降低锂离子电池在高电压下产气，从而有效提升锂离子电池的循环性能。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为实施例1步骤(3)制得的层状结构铝镁掺杂碳酸钴的SEM图；
[0032]图2为实施例1步骤(7)制得的五层的钴酸锂复合材料的SEM图；
[0033]图3为实施例2步骤(7)制得的五层的钴酸锂复合材料的SEM图；
[0034]图4为实施例6步骤(7)制得的五层的钴酸锂复合材料的SEM图；
[0035]图5为实施例2制得的五层的钴酸锂复合材料的首次充放电曲线图；
[0036]图6为实施例3制得的五层的钴酸锂复合材料的首次充放电曲线图；
[0037]图7为实施例1、对比例1和对比例2的钴酸锂复合材料制得的薄膜电池在45℃循环容量保持率对比图。
具体实施方式
[0038]以下结合具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步详细的说明。本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。应当理解，提供这些实施方式的目的是使对本专利技术公开内容理解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钴酸锂复合材料，其特征在于，所述钴酸锂复合材料以第一金属掺杂的钴酸锂为核，以包覆层为壳，所述包覆层包括依次设于所述核的表面的第一包覆层、第二包覆层及第三包覆层，所述第一包覆层的组分包括第二金属的氧化物，所述第二包覆层的组分包括第三金属掺杂的钴酸锂，所述第三包覆层的组分包括第四金属的氧化物。2.如权利要求1所述的钴酸锂复合材料，其特征在于，所述第一金属和所述第三金属分别独立地选自锂、钠、钾、钙、铁、铜、铝、锆、镁、铟、锑、铋、钡、钨、钯、锶、铈、铌、钪、镓、银、钒、锌、锗和钼中的至少一种。3.如权利要求1所述的钴酸锂复合材料，其特征在于，所述第二金属和所述第四金属分别独立地选自钙、镁、铝、铁、铜、锆、钨、锶、锌、钼和铈中的至少一种。4.如权利要求1～3任一项所述的钴酸锂复合材料，其特征在于，所述第三包覆层的表面还包括第四包覆层，所述第四包覆层的组分选自第五金属的氧化物和第六金属的氟化物中的至少一种。5.如权利要求4所述的钴酸锂复合材料，其特征在于，所述第五金属和所述第六金属分别独立地选自锆、钛、镁、铝、镍、锰、铁、铜、铟、锑、铋、钡、钨、钯、锶、铈、铌、钪、镓、银、钒、锌、锗和钼中的至少一种。6.如权利要求1～3、5任一项所述的钴酸锂复合材料，其特征在于，所述钴酸锂复合材料满足如下条件(1)～(4)中的至少一个：(1)所述第一金属掺杂的钴酸锂中的钴元素与所述第一金属的摩尔比为1:(0.001～0.3)；(2)所述第一金属掺杂的钴酸锂中的钴元素与所述第二金属的摩尔比为1:(0.001～0.2)；(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐士民，
申请(专利权)人：天津巴莫科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：