富锂钴酸锂正极材料、制备方法、正极片和应用技术

本申请涉及一种富锂钴酸锂正极材料，该富锂钴酸锂正极材料包括内核和包覆在内核表面的包覆层，内核包括正极材料基体和补锂层，补锂层包覆在正极材料基体的表面；补锂层包括化学式为Li

【技术实现步骤摘要】
富锂钴酸锂正极材料、制备方法、正极片和应用


[0001]本申请涉及锂二次电池
，特别是涉及一种富锂钴酸锂正极材料、制备方法、正极片和应用。

技术介绍

[0002]随着锂离子电池行业的高速发展，高能量密度的锂离子电池越来越受到亲睐，因此开发一种高能量密度的钴酸锂电池至关重要。钴酸锂材料具有压实密度高的特点，但其比容量低限制了其能量密度的提升，如何提高钴酸锂材料的能量密度是电池技术中一个亟待解决的问题。

技术实现思路

[0003]基于此，本申请提供一种富锂钴酸锂正极材料、制备方法、正极片和应用。与传统的钴酸锂正极材料相比，该富锂钴酸锂正极材料具有较高的首次放电比容量，有效提升了含有该富锂钴酸锂正极材料的二次电池的首次库伦效率、可逆能量密度和循环性能。
[0004]本申请的第一方面，提供一种富锂钴酸锂正极材料，包括内核和包覆在所述内核表面的包覆层，所述内核包括正极材料基体和补锂层，所述补锂层包覆在所述正极材料基体的表面；所述正极材料基体包括化学式为Li
1+x
Co1‑
m
M
m
O2的材料，其中，M元素包括Al、Mg、La、Y、Ti、Zr、W、Ni、Mn、Ce、Nb、Ta、Ru、Hf、V、Cr、Mo和Pd中的一种或多种，0.01≤x≤0.06，0.03≤m≤0.04；所述补锂层包括化学式为Li
1+y
Co1‑
n
Q
n
O2的材料，其中，Q元素包括Al、Mg、La、Y、Ti、Zr、W、Ni、Mn、Ce、Nb、Ta、Ru、Hf、V、Cr、Mo和Pd中的一种或多种，0.1≤y≤0.5，0.03≤n≤0.04。
[0005]在一些实施方式中，所述M元素和所述Q元素完全相同，且m＝n。
[0006]在一些实施方式中，所述包覆层包括含有F
‑
和PO
43
‑
中至少一种离子的化合物。
[0007]在一些实施方式中，所述富锂钴酸锂正极材料中含有氢氧化锂和碳酸锂，所述富锂钴酸锂正极材料中氢氧化锂的含量为10ppm
‑
100ppm，可选为10ppm
‑
50ppm，所述富锂钴酸锂正极材料中碳酸锂的含量为10ppm
‑
500ppm，可选为10ppm
‑
200ppm。
[0008]在一些实施方式中，从所述补锂层的内表面到外表面的方向，所述补锂层中锂元素的含量逐渐增加。
[0009]本申请的第二方面，提供本申请第一方面所述的富锂钴酸锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0010]将锂源、钴源和含有M元素的化合物混合，将混合后的物料进行第一烧结处理，得到所述正极材料基体；
[0011]将所述正极材料基体和有机锂溶剂混合，使混合后的物料经反应、过滤和干燥处理，得到所述内核；
[0012]在所述内核的表面形成所述包覆层，得到所述富锂钴酸锂正极材料。
[0013]在一些实施方式中，所述锂源包括碳酸锂、硝酸锂和氢氧化锂中的一种或多种。
[0014]在一些实施方式中，所述钴源包括四氧化三钴、碳酸钴和氢氧化亚钴中的一种或多种。
[0015]在一些实施方式中，所述锂源中的锂元素、所述钴源中的钴元素和所述含有M元素的化合物中的总金属元素的摩尔比为(1.01
‑
1.08):1:(0.03
‑
0.04)。
[0016]在一些实施方式中，所述第一烧结处理的工艺条件包括：烧结温度800℃
‑
1100℃，烧结时间6h
‑
12h。
[0017]在一些实施方式中，所述第一烧结处理在空气或氧气的气氛下进行。
[0018]在一些实施方式中，所述反应的温度为30℃
‑
60℃，反应的时间为12h
‑
24h。
[0019]在一些实施方式中，所述有机锂溶剂包括联苯锂、萘锂、正丁基锂、三氟甲基磺酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、双氟草酸硼酸锂、5
‑
磺基
‑
1,3
‑
苯二甲酸单锂和四氟硼酸锂中的一种或多种。
[0020]在一些实施方式中，所述正极材料基体和所述有机锂溶剂的摩尔比为1:(1.8
‑
2.2)。
[0021]在一些实施方式中，在所述内核的表面形成所述包覆层，得到所述富锂钴酸锂正极材料的步骤中，包括：将所述内核与含有F
‑
和PO
43
‑
中至少一种离子的化合物混合，进行第二烧结处理。
[0022]在一些实施方式中，所述第二烧结处理的工艺条件包括：烧结温度800℃
‑
900℃，烧结时间6h
‑
10h。
[0023]在一些实施方式中，所述第二烧结处理在空气或氧气的气氛下进行。
[0024]本申请的第三方面，提供一种正极片，包括本申请第一方面所述的富锂钴酸锂正极材料或本申请第二方面所述的制备方法制得的富锂钴酸锂正极材料。
[0025]本申请的第四方面，提供一种二次电池，包括本申请第三方面所述的正极片。
[0026]本申请的第五方面，提供一种用电装置，包括本申请第四方面所述的二次电池。
[0027]与传统技术相比，上述富锂钴酸锂正极材料、制备方法、正极片和应用至少具有如下优点：
[0028]与传统的钴酸锂正极材料相比，该富锂钴酸锂正极材料由于补锂层的存在，可以减弱负极形成SEI膜时严重吃锂的问题，在高电压平台下可发挥出更高的首次比容量，同时提高含有该富锂钴酸锂正极材料的二次电池的可逆放电比容量和首次库伦效率，大大提升二次电池的可逆能量密度。此外，由于包覆层存在，可以避免层状钴酸锂表面被电解液等腐蚀性物质腐蚀，保持钴酸锂内核结构的完整，提升电池的循环稳定性。
具体实施方式
[0029]为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
[0030]在本申请的说明中，除非另有定义，未明确说明的专业术语、专业用词均与本领域技术人员通常理解的含义相同，且为本领域技术人员的公知常识，未明确说明的方法均为本领域技术人员公知的常规方法。本申请中术语“多种”的含义是至少两种，例如两种，三种
等，除非另有明确具体的限定。
[0031]本申请中，“第一方面”、“第二方面”、“第三方面”等仅用于描述目的，不能理解为指示或暗示相对重要性或数量，也不能理解为隐含指明所指示的技术特征的重要性或数量。而且“第一”、“第二”、“第三”等仅起到非穷举式的列举描述目的，应当理解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种富锂钴酸锂正极材料，其特征在于，包括内核和包覆在所述内核表面的包覆层，所述内核包括正极材料基体和补锂层，所述补锂层包覆在所述正极材料基体的表面；所述正极材料基体包括化学式为Li
1+x
Co1‑
m
M
m
O2的材料，其中，M元素包括Al、Mg、La、Y、Ti、Zr、W、Ni、Mn、Ce、Nb、Ta、Ru、Hf、V、Cr、Mo和Pd中的一种或多种，0.01≤x≤0.06，0.03≤m≤0.04；所述补锂层包括化学式为Li
1+y
Co1‑
n
Q
n
O2的材料，其中，Q元素包括Al、Mg、La、Y、Ti、Zr、W、Ni、Mn、Ce、Nb、Ta、Ru、Hf、V、Cr、Mo和Pd中的一种或多种，0.1≤y≤0.5，0.03≤n≤0.04。2.根据权利要求1所述的富锂钴酸锂正极材料，其特征在于，所述M元素和所述Q元素完全相同，且m＝n；可选地，所述包覆层包括含有F
‑
和PO
43
‑
中至少一种离子的化合物。3.根据权利要求1或2所述的富锂钴酸锂正极材料，其特征在于，所述富锂钴酸锂正极材料具备如下特征中的至少一个：(1a)所述富锂钴酸锂正极材料中含有氢氧化锂和碳酸锂，所述富锂钴酸锂正极材料中氢氧化锂的含量为10ppm
‑
100ppm，可选为10ppm
‑
50ppm，所述富锂钴酸锂正极材料中碳酸锂的含量为10ppm
‑
500ppm，可选为10ppm
‑
200ppm；(1b)从所述补锂层的内表面到外表面的方向，所述补锂层中锂元素的含量逐渐增加。4.权利要求1
‑
3任一项所述的富锂钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将锂源、钴源和含有M元素的化合物混合，将混合后的物料进行第一烧结处理，得到所述正极材料基体；将所述正极材料基体和有机锂溶剂混合，使混合后的物料经反应、过滤和干燥处理，得到所述内核；在所述内核的表面形成所述包覆层，得到所述富锂钴酸锂正极材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘开喜，王琛，王清辉，汪云锋，
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：