一种改性钴酸锂材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及电池制造领域，提供了一种改性钴酸锂材料的制备方法，包括步骤：以第一铝掺杂型四氧化三钴、碳酸锂作为第一原料，加入镁添加剂，混合均匀后，得到第一混合物；将第一混合物在空气气氛下进行烧结、粉碎后，得到第一钴酸锂中间体；以第二铝掺杂型四氧化三钴、碳酸锂作为第二原料，加入镁添加剂和钛添加剂，混合均匀后，得到第二混合物；将第二混合物在空气气氛下进行烧结、粉碎后，得到第二钴酸锂中间体；以第一钴酸锂中间体和第二钴酸锂中间体作为第三原料，加入硼添加剂和铝添加剂，混合均匀后，得到第三混合物，将第三混合物在空气气氛下进行烧结、粉碎后，得到改性钴酸锂材料。料。

【技术实现步骤摘要】
一种改性钴酸锂材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电池制造领域，特别是一种改性钴酸锂材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池广泛应用于各种便携式电子产品中，例如手机、笔记本电脑、平板电脑和数码相机等。钴酸锂具有体积比密度高的特点，常作为锂离子电池中的电极材料使用。现有的钴酸锂材料在高电压的工作条件下存在结构稳定性差的问题，结构破坏后的钴酸锂材料会恶化电池的电化学性能。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种改性钴酸锂材料及其制备方法，巧妙地解决了上述技术问题。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0005]本专利技术提供了一种改性钴酸锂材料的制备方法，包括步骤：
[0006]以第一铝掺杂型四氧化三钴、碳酸锂作为第一原料，加入镁添加剂，混合均匀后，得到第一混合物；将第一混合物进行烧结、粉碎后，得到第一钴酸锂中间体；
[0007]以第二铝掺杂型四氧化三钴、碳酸锂作为第二原料，加入镁添加剂和钛添加剂，混合均匀后，得到第二混合物；将第二混合物进行烧结、粉碎后，得到第二钴酸锂中间体；
[0008]以第一钴酸锂中间体和第二钴酸锂中间体作为第三原料，加入硼添加剂和铝添加剂，混合均匀后，得到第三混合物，将第三混合物进行烧结、粉碎后，得到改性钴酸锂材料。
[0009]可选地，第一铝掺杂型四氧化三钴的粒径大于第二铝掺杂型四氧化三钴的粒径。
[0010]可选地，第一原料中Li:Co的摩尔比为1.02～1.10，第一混合物中Mg:Co的摩尔比为0.001～0.005。
[0011]和/或，第二原料中Li:Co的摩尔比为1.02～1.10，第二混合物中Mg:Co的摩尔比为0.001～0.005，Ti:Co的摩尔比为0.0005～0.005。
[0012]可选地，第三混合物中B:Co的摩尔比为0.0005～0.005，Al:Co的摩尔比为0.0005～0.005。
[0013]可选地，镁添加剂包括氧化镁、碳酸镁、氢氧化镁中的至少一种；
[0014]钛添加剂包括二氧化钛；
[0015]硼添加剂包括氧化硼、硼酸中的至少一种；
[0016]铝添加剂包括氧化铝、氢氧化铝、氟化铝、磷酸铝中的至少一种。
[0017]可选地，第一混合物的烧结温度为950～1100℃；
[0018]和/或，第二混合物的烧结温度为950～1100℃；
[0019]和/或，第三混合物的烧结温度为850～1050℃。
[0020]可选地，将第一混合物进行烧结的步骤还包括步骤：
[0021]达到烧结温度后保温8～16h，然后冷却至室温；
[0022]和/或，将第二混合物进行烧结的步骤还包括步骤：
[0023]达到烧结温度后保温8～16h，然后冷却至室温；
[0024]和/或，将第三混合物在进行烧结的步骤还包括步骤：
[0025]达到烧结温度后保温6～12h，然后冷却至室温。
[0026]可选地，第一钴酸锂中间体的D50体积粒径为13～22μm，第二钴酸锂中间体的D50体积粒径为3～8μm。
[0027]本专利技术还提供了一种改性钴酸锂材料，采用如上述的制备方法制得，改性钴酸锂材料的化学式为LiCo
a
Al
b
Mg
c
Ti
d
B
e
O2，0.95≤a≤0.999，0.005≤b≤0.05，0.001≤c≤0.005，0.0001≤d≤0.002，0.0005≤e≤0.005。
[0028]可选地，改性钴酸锂材料包括钴酸锂基体和复合包覆层，复合包覆层包覆在钴酸锂基体的表面。
[0029]本专利技术的有益效果在于，与现有技术相比，本专利技术提供了一种改性钴酸锂材料及其制备方法，通过在钴酸锂材料内部掺杂多种元素，提升了钴酸锂材料在充放电过程中的结构稳定性，从而使得钴酸锂材料具有良好的循环性能；通过在钴酸锂基体表面原位生成复合包覆层，利用复合包覆层的物理屏障作用，可以避免高电压工作条件下钴酸锂与电解液发生化学反应，从而提升了钴酸锂材料在充放电过程中的结构稳定性。因此，改性钴酸锂材料在高电压工作条件下的结构稳定性得到了明显改善，进而避免了锂离子电池的电化学性能在高电压工作条件下恶化。
具体实施方式
[0030]锂离子电池广泛应用于各种便携式电子产品中，例如手机、笔记本电脑、平板电脑和数码相机等。钴酸锂具有体积比密度高的特点，常作为锂离子电池中的电极材料使用。
[0031]钴酸锂具备生产工艺难度低、工作电压高、释放电流稳定、循环寿命长的优点，但在高电压下LiCoO2会出现晶格内部应力增大，引起结构坍塌和剧烈的界面副反应，进而导致电池性能不可逆恶化。
[0032]现对本专利技术的技术方案及实施例作详细说明。
[0033]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0034]本专利技术提供了一种改性钴酸锂材料的制备方法，包括步骤：
[0035]以第一铝掺杂型四氧化三钴、碳酸锂作为第一原料，加入镁添加剂，混合均匀后，得到第一混合物；将第一混合物进行烧结、粉碎后，得到第一钴酸锂中间体；
[0036]以第二铝掺杂型四氧化三钴、碳酸锂作为第二原料，加入镁添加剂和钛添加剂，混合均匀后，得到第二混合物；将第二混合物进行烧结、粉碎后，得到第二钴酸锂中间体；
[0037]以第一钴酸锂中间体和第二钴酸锂中间体作为第三原料，加入硼添加剂和铝添加剂，混合均匀后，得到第三混合物，将第三混合物进行烧结、粉碎后，得到改性钴酸锂材料。
[0038]需要说明的是，第一混合物、第二混合物和第三混合物的烧结反应需要氧气参与，其对应的常见反应环境为空气气氛和氧气气氛。本申请中涉及到的烧结反应，其氧气用量较少，空气气氛的反应环境下所提供的氧气足以维持反应的正常进行；氧气气氛的反应环境虽然能够提供高纯度的氧气，但是其使用成本过高；空气气氛只需要向反应设备中通入外界空气即可，相较于氧气气氛，空气气氛的使用成本更低；因此，本申请中涉及到的烧结
反应均优选为在空气气氛下进行。
[0039]第一混合物烧结制备第一钴酸锂中间体的过程实质上是在铝掺杂型四氧化三钴的基础上，形成掺杂有铝镁元素的钴酸锂材料；第二混合物烧结制备第二钴酸锂中间体的过程实质上是在铝掺杂型四氧化三钴的基础上，形成掺杂有铝镁钛元素的钴酸锂材料；其中，铝镁钛元素均能够提升钴酸锂材料的结构稳定性，镁元素还能够提升钴酸锂材料的导电性能，钛元素还能够提升钴酸锂材料的能量密度，进而通过铝镁钛元素的体相掺杂能够提升钴酸锂材料的电化学性能。
[0040]第一钴酸锂中间体、第二钴酸锂中间体、硼添加剂和铝添加剂制备改性钴酸锂材料的过程实质上是在钴酸锂材料的表面包覆一层锂铝硼微晶玻璃包覆层(即下称的复合包覆层)，该包覆层能够在钴酸锂材料表面形成有效的物理屏障，从而可以防止高电压工作条件下钴离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性钴酸锂材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：以第一铝掺杂型四氧化三钴、碳酸锂作为第一原料，加入镁添加剂，混合均匀后，得到第一混合物；将第一混合物进行烧结、粉碎后，得到第一钴酸锂中间体；以第二铝掺杂型四氧化三钴、碳酸锂作为第二原料，加入镁添加剂和钛添加剂，混合均匀后，得到第二混合物；将第二混合物进行烧结、粉碎后，得到第二钴酸锂中间体；以第一钴酸锂中间体和第二钴酸锂中间体作为第三原料，加入硼添加剂和铝添加剂，混合均匀后，得到第三混合物，将第三混合物进行烧结、粉碎后，得到改性钴酸锂材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一铝掺杂型四氧化三钴的粒径大于所述第二铝掺杂型四氧化三钴的粒径。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一原料中Li:Co的摩尔比为1.02～1.10，所述第一混合物中Mg:Co的摩尔比为0.001～0.005；和/或，所述第二原料中Li:Co的摩尔比为1.02～1.10，所述第二混合物中Mg:Co的摩尔比为0.001～0.005，Ti:Co的摩尔比为0.0005～0.005。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第三混合物中B:Co的摩尔比为0.0005～0.005，Al:Co的摩尔比为0.0005～0.005。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镁添加剂包括氧化镁、碳酸镁、氢氧化镁中的至少一种；所述钛添加剂包括二氧化钛；所述硼添加剂包括氧化硼、硼酸中的至少一种；所述铝添加剂包括氧化铝、氢氧化铝、氟化铝、磷...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋珊，张昌明，
申请(专利权)人：广东省豪鹏新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：