一种钴酸锂正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钴酸锂正极材料及其制备方法，涉及锂离子电池技术领域。本发明专利技术公开了一种钴酸锂正极材料，包括锂钴金属氧化物基体Li

【技术实现步骤摘要】
一种钴酸锂正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其是一种钴酸锂正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池因功率密度、能量高、寿命长被广泛应用于移动/IT设备以及新能源汽车及储能领域。锂离子电池行业发展迅速，随着3C、EV等产品的发展，对锂离子电池也提出了更高的要求，特别要考虑大电流放电、快速充电、安全性能等。钴酸锂具有最优的体积能量密度，用在EV领域上能极大的提高续航能力。在钴酸锂材料的发展上，提高钴酸锂的能量密度主要有2个方向，其一，采用大小颗粒极配，提高压实密度去提高能量密度；但是大颗粒钴酸锂充放电过程中，Li
+
嵌入和脱出正负电极材料进行能量交换，锂离子正极材料将锂存储在体相中，Li
+
需要从正极材料表面经过正极材料体相扩散到正极材料内部，大颗粒锂离子扩散路径长，导致内阻过大，放电容量和平台较低，影响能量密度。其二，通过提高截止电压，提高锂的脱出嵌入量，从而提高单位体积能量密度。
[0003]近年来4.48V、4.5V钴酸锂产品均已成功实现商品化和量产，4.53V以及更高电压处于研发储备方向。随着EV领域的兴起，部分对续航提出了更高要求，为克服续航短等问题，除了尝试采用高能量密度的钴酸锂正极材料提升能量密度的材料外，其在应用环节上特有的对低内阻、高倍率、快速充电等也提出了新的要求，低内阻、高倍率、快速充电等均为近年来钴酸锂材料发展的新的方向，并且日益成为除了高电压发展方向这条主线外的新的材料研究及需求点。相比较而言，目前钴酸锂样品的发展上不再相对单调，相较于前几年，如今的市场要求更加立体化，已与前期的发展方向与趋势发生了明显的不同。
[0004]通常把预充及恒流充电阶段，指CC阶段；恒压充电阶段，通常指CV阶段，充电的电压一定，充电的电流会随着电芯的饱和程度加深而逐渐减小，当电流减小到一定程度时，满电压小电流充电。整体充电过程由CC+CV构成，当总容量一定的情况下，提高CC/(CC+CV)值，恒流充电比例得到提升，加快充电速率。由于快充型锂电池对充电速率的要求不断提高。而锂离子电池的充放电速率与电池的正负极材料和制备工艺有关。现有技术制备的钴酸锂正极材料很难满足上述电池的快充性能和循环性能，因此需要开发一种快充型钴酸锂正极材料，该种材料具有较高的容量和平台较好，而且还能保持优异的循环性能，以满足电池厂商的需要。

技术实现思路

[0005]基于此，本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种具有较高容量、电化学性能良好、能保持优异的循环性能的钴酸锂正极材料及其制备方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：一种钴酸锂正极材料，包括锂钴金属氧化物基体Li
(1
±
a)
(Ni
n
Mn
m Co
(1
‑
m
‑
n)
)
b
M1‑
b
O2和快离子导体包覆层M
′
c
M
″
d
P
e
O
f
，所述钴酸锂正极材料的通式为Li
(1
±
a)
(Ni
n
Mn
m Co
(1
‑
m
‑
n)
)
b
M1‑
b
O2·
xM
′
c
M
″
d
P
e
O
f
，M为修饰元素，M
″
为添加剂元素，M
′
c
M
″
d
P
e
O
f
为快离子导体，且c*z+d*y+5*e＝2*f，其中y为添加剂元素M
″
的平均价态，z
为复合元素M
′
的平均价态，P为磷元素；其中，0.001≤x≤0.03，0≤a≤0.02，0.006≤b≤0.060，0.40≤c≤1.50，0.40≤d≤3，0≤e≤3.0，1.5≤f≤15。
[0007]本专利技术通过快离子导体包覆层M
′
c
M
″
d
P
e
O
f
包覆在锂钴金属氧化物基体表面，形成多维通道两相结构。本专利技术提供的通式为Li
(1
±
a)
(Ni
n
Mn
m Co
(1
‑
m
‑
n)
)
b
M1‑
b
O2·
xM
′
c
M
″
d
P
e
O
f
的钴酸锂正极材料，快离子导体与基体反应形成一个多通道网状结构相，提高离子电导率，且快离子导体包覆后极片压实密度变化较小。本专利技术提供的通式为Li
(1
±
a)
(Ni
n
Mn
m Co
(1
‑
m
‑
n)
)
b
M1‑
b
O2·
xM
′
c
M
″
d
P
e
O
f
的钴酸锂正极材料，适量镍锰掺杂改变了钴酸锂中钴氧能带结构，降低高温循环过程中活性位点损失，扩展了离子通道，提高空穴量，降低电荷转移阻抗，提高充电过程CC值。钴酸锂颗粒表层含多三维网状结构M
′
c
M
″
d
P
e
O
f
的相，在锂离子电池充放电过程中，快离子导体为锂离子传输的快速通道，极大地促进了钴酸锂正极材料的锂离子电导率，提升锂的扩散能力。钴酸锂一次颗粒包埋在多通道网状结构中，多通道网状结构快离子导体相形成三维的锂离子传输通道，充电过程中，锂离子从体相脱离经此通道扩散至颗粒的表面，经过导电剂，最后扩散进入电解液中，嵌入负极。放电过程则是锂离子从电解液中扩散到多通道网状结构快离子传输通道传输至颗粒的表面，最后嵌入钴酸锂体相中，三维快离子导体包覆提高CC值，降低CV值。
[0008]优选地，所述M为Mg、Y、Al、B、La、Ce、Ti、F中的至少一种，M
′
为Mg、Na、Li、K中的至少一种，M
″
为Mg、Y、La、Zr、Ti、Ce、Al中的至少一种。
[0009]进一步优选地，所述M为Mg、La、Ce、B、Ti、F中的至少一种，所述M
′
为Mg、Na、Li中的至少一种，M
″
为Mg、Y、La、Zr、Ti、Al中的至少一种；更优选地，所述M为Mg、La、T本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钴酸锂正极材料，其特征在于，包括锂钴金属氧化物基体Li
(1
±
a)
(Ni
n
Mn
m Co
(1
‑
m
‑
n)
)
b
M1‑
b
O2和快离子导体包覆层M
′
c
M
″
d
P
e
O
f
，所述钴酸锂正极材料的通式为Li
(1
±
a)
(Ni
n
Mn
m Co
(1
‑
m
‑
n)
)
b
M1‑
b
O2·
xM
′
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″
d
P
e
O
f
，M为修饰元素，M
″
为添加剂元素，M
′
c
M
″
d
P
e
O
f
为快离子导体，且c*z+d*y+5*e＝2*f，其中y为添加剂元素M
″
的平均价态，z为复合元素M
′
的平均价态，P为磷元素；其中，0.001≤x≤0.03，0≤a≤0.02，0.006≤b≤0.060，0.40≤c≤1.50，0.40≤d≤3，0≤e≤3.0，1.5≤f≤15。2.如权利要求1所述的钴酸锂正极材料，其特征在于，所述M为Mg、Y、Al、B、La、Ce、Ti、F中的至少一种，M
′
为Mg、Na、Li、K中的至少一种，M
″
为Mg、Y、La、Zr、Ti、Ce、Al中的至少一种。3.如权利要求1所述的钴酸锂正极材料，其特征在于，所述M为Mg、La、Ce、B、Ti、F中的至少一种，所述M
′
为Mg、Na、Li中的至少一种，M
″
为Mg、Y、La、Zr、Ti、Al中的至少一种；优选地，所述M为Mg、La、Ti中的至少一种，M
′
为Na、Li中的至少一种，M
″
为Ti、Al、La、Zr中的至少一种。4.如权利要求1所述的钴酸锂正极材料，其特征在于，所述Co+Ni+Mn+M+M
″
与Li+M
′
的摩尔比m1为：0.95≤m1≤1.25；优选地，所述Co+Ni+Mn+M+M
″
与Li+M
′
的摩尔比m1为：0.98≤m1≤1.08。5.如权利要求1所述的钴酸锂正极材料，其特征在于，所述Li与Co+Ni+Mn的摩尔比m2为：1.0≤m2≤1.30；优选地，所述Li与Co+Ni+Mn的摩尔比m2为：1.05≤m2≤1.12。6.如权利要求1所述的钴酸锂正极材料，其特征在于，所述快离子导体包覆层M
′
c
M
″
d
P
e
O
f
中，e＝0时，快离子导体包覆层结构式为M
′
c
M
″
d
O2；e≠0时，f＝4e，快离子导体包覆层结构式为M
′
c
M
″
d
(PO4)3。7.一种如权利要求1
‑
6任一项所述的钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备含镍锰M元素的四氧化三钴前驱体；将钴盐溶液、镍盐...

【专利技术属性】
技术研发人员：李斌，李长东，杜锐，阮丁山，
申请(专利权)人：湖南邦普循环科技有限公司，
类型：发明
国别省市：