钴酸锂正极材料及其制备方法和电池技术

本发明专利技术属于锂离子电池领域，公开了一种钴酸锂正极材料及其制备方法和电池，所述钴酸锂正极材料包括核层和壳层；所述核层为钴酸锂，所述壳层为含磷锂化合物；所述含磷锂化合物的化学式为Li

【技术实现步骤摘要】
钴酸锂正极材料及其制备方法和电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体为一种钴酸锂正极材料及其制备方法和电池。

技术介绍

[0002]近年来随着无人机、航模类玩具、电子烟等市场的快速发展，钴酸锂主要用于3C（手机、电脑、消费电子产品）市场，随着人们对可快速充放电电池需求的提高，对应的钴酸锂正极材料的容量性能、循环性能和倍率性能的需求也逐渐提高。在4.55V较高的电压条件下，将面临提升材料容量性能、循环性能和倍率性能的挑战，为改善这些性能问题，掺杂和包覆是主要的手段之一。
[0003]现有技术1：CN110642299B，提出了一种掺铝氢氧化钴的钴酸锂包覆材料。传统工艺中，由于固相反应后表面含有过量的锂，需要用超细的氢氧化钴对一烧后的钴酸锂进行包覆烧制，消耗钴酸锂表面过量的锂。
[0004]现有技术2：CN111916712A，提出使用含磷酸盐化合物进行表面改性，即利用磷酸根在表面晶格的掺杂，增强钴酸银结构的稳定性，又并通过含有非晶包覆层有效保护电极电解液界面，降低界面副反应，提高倍率性能和循环性能。其说明书的附图记载，其50圈比容量保持率为85
‑
90%；现有技术3：CN105280910A，提出使用含有磷氧键高分子聚合物，可以起到降低残锂、降低界面阻抗的作用。其所述的包覆层为含有磷氧键高分子聚合物，其具有如下化学通式表达的平均组成：(化学式2)M
x
O
·
yP2O5·
zH2OM表示选自Li、Na、K、Zn、Co、Ni、Mn、Al、Mg、Ca、Cu、Fe、B、Si、Sn、Pb、Se、Te、Ti、Zr、Ba、Bi、Ge、Sc、镧系或锕系元素中的一种或几种，并且0.3≤x≤3，0.1≤y≤2；其说明书记载，其100圈（4.5V）容量保持率为93
‑
95%；现有技术4：CN115377485A公开了一种包覆材料，该包覆材料为磷酸盐材料，所述磷酸盐材料由磷酸钛铝锂、磷酸铝和磷酸氧钛锂组成，所述磷酸钛铝锂的含量为50~95wt%，磷酸铝的含量为2~20wt%，磷酸氧钛锂的含量为2~30wt%。磷酸盐材料由LATP、AlPO4和LiTiOPO4组成，三者均匀分布，具有一定的离子电导率，应用于正极包覆时可去除三元材料表面残锂，同时在正极材料的表面均匀包覆LATP固态电解质材料，提升正极材料的电化学性能。
[0005]该方案说明书记载，其0.5C，100圈容量保持率为65%左右；相比于磷酸铝包覆，其性能提高了20%左右。
[0006]现有技术5：CN112599736A公开了一种掺硼磷酸锂包覆锂离子电池正极材料，所述正极材料是以高镍含量的层状结构氧化物为基体，所述基体的外表面包覆有掺杂硼的Li3PO4包覆层。其制备方法包括以下步骤：(1)将锂源、磷源、硼源加入高压反应釜中进行水热反应，反应完成后，冷却、洗涤、过滤、烘干，得到包覆剂；(2)按照化学计量比，称取基体材
料与包覆剂混合均匀，烧结，得到掺硼磷酸锂包覆锂离子电池正极材料。专利技术通过在锂离子电池正极材料的磷酸锂包覆层中引入适量的硼，有效提升了其锂离子导通能力，从而使得经该包覆层包覆的正极材料表现出较好的容量和倍率性能，具有更低的DCIR增长率。
[0007]该方案采用掺硼磷酸锂包覆锂离子电池正极材料；其主要用于降残锂和提高比容量。
[0008]本专利技术解决的技术问题是：如何提高正极材料的容量性能、循环性能和倍率性能的协同提升。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于公开一种钴酸锂正极材料，该钴酸锂正极材料采用含磷锂化合物包覆钴酸锂正极，能够提高钴酸锂正极材料所在的电池（4.45～4.55V）的容量性能、倍率性能和循环性能。
[0010]与传统的氧化物包覆层相比，磷化合物和磷锂化合物在倍率方面的改善效果更好；磷锂化合物与磷化合物相比，一是明确引入锂元素的用量和作用，在于改善锂离子的通透性。二是明确使用辅金属元素的种类和用量，一方面起到提升电子导电性的作用。另一方面使结构更加稳定，抵御氢氟酸侵蚀。三是包覆工艺过程比较简单，成本低廉较易实现工业化。本专利技术通过一种磷锂化合物的包覆体系，减少活性锂的损失，并且对活性锂进行补充，增加锂离子在材料中通透性，使用双元素进行调和掺杂，辅元素的添加使得材料结构更加稳定，从而突破材料容量性能、循环性能和倍率性能难以提升的难点。
[0011]同时，本专利技术还提供了一种该正极材料的制备方法和电池。
[0012]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种钴酸锂正极材料，包括核层和壳层；所述核层为钴酸锂，所述壳层为含磷锂化合物；所述含磷锂化合物的化学式为Li
x
Mc1‑
y
Ma
y
(PO4)
z
；其中，Mc主金属元素，选自Y、Ti、Al、La中的一种或多种；Ma为辅金属元素，选自Zr、Al、Mg、Ti中的一种多种；x、y、z 满足下列关系：1≤x≤5，0.01≤y≤0.2、1≤z≤2；Mc、Ma不为同一种金属元素。
[0013]在上述的钴酸锂正极材料中，x、y、z 满足下列关系：2≤x≤4，0.05≤y≤0.15、1.2≤z≤1.8。
[0014]在上述的钴酸锂正极材料中，所述壳层和核层的重量比为0.001~0.04：1。
[0015]在上述的钴酸锂正极材料中，所述壳层和核层的重量比为0.002~0.02：1。
[0016]同时，本专利技术还公开了一种如上任一所述的钴酸锂正极材料的制备方法，所述方法具体为：将壳层包覆在核层表面即可。
[0017]包覆方式为湿法包覆或干法包覆，具体如下所述：湿法包覆所述湿法包覆的方法具体为：步骤1：将含锂化合物、含Mc化合物、含Ma化合物和磷酸盐按比例加入溶剂水中，常温搅拌均匀，形成含磷锂化合物的溶液或悬浮液；一般来说，本步骤使用的固液重量比为1:1~2，即溶剂水和含锂化合物、含Mc化合
物、含Ma化合物和磷酸盐的总重相等或为后者的两倍重量。
[0018]步骤2：将钴酸锂正极材料加入含磷锂化合物的溶液或悬浮液中，50~75℃恒温，100~400rpm搅拌15~60min，形成浆状混合物；步骤3：将浆状混合物边搅拌边蒸干水分，恒温85~100℃，然后烘箱烘干、破碎、过筛；步骤4：将步骤3得到的混合粉体材料进行热处理，热处理温度为850~950℃，升温速率为1~2.5℃/min，保温时间为1~4h；步骤5：将步骤4得到的混合粉体材料进行破碎、过筛，得到含磷锂化合物的钴酸锂正极材料。
[0019]干法包覆所述干法包覆的具体步骤为：步骤11：将含锂化合物、含Mc化合物、含Ma化合物、磷酸盐和待表面改性的钴酸锂正极材料按比例加入行星罐中，加入相应数量玛瑙珠，手动搅匀；步骤12：将步骤11得到的混合粉体材料置于行星混合机，在600~850rpm的搅拌速率下进行混料，混料时间为15~60min；步骤13：将步骤12得到的混合粉体材料进行热处理，热处理温度为8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，包括核层和壳层；所述核层为钴酸锂，所述壳层为含磷锂化合物；所述含磷锂化合物的化学式为Li
x
Mc1‑
y
Ma
y
(PO4)
z
；其中，Mc主金属元素，选自Y、Ti、Al、La中的一种或多种；Ma为辅金属元素，选自Zr、Al、Mg、Ti中的一种多种；x、y、z 满足下列关系：1≤x≤5，0.01≤y≤0.2、1≤z≤2；Mc、Ma不为同一种金属元素。2.根据权利要求1所述的钴酸锂正极材料，其特征在于，x、y、z 满足下列关系：2≤x≤4，0.05≤y≤0.15、1.2≤z≤1.8。3.根据权利要求1所述的钴酸锂正极材料，其特征在于，所述壳层和核层的重量比为0.001~0.04：1。4.根据权利要求3所述的钴酸锂正极材料，其特征在于，所述壳层和核层的重量比为0.002~0.02：1。5.一种如权利要求1
‑
4任一所述的钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法具体为：将壳层包覆在核层表面即可。6.根据权利要求5所述的钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法为湿法包覆；所述湿法包覆的方法具体为：步骤1：将含锂化合物、含Mc化合物、含Ma化合物和磷酸盐按比例加入溶剂水中，常温搅拌均匀，形成含磷锂化合物的溶液或悬浮液；步骤2：将钴酸锂正极材料加入含磷锂化合物的溶液或悬浮液中，50~75℃恒温，100~400rpm搅拌15~60min，形成浆状混合物；步骤3...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁小婷，原骏，杨帆，简健明，粟浩宇，黄凤怡，刘泽华，司徒健文，赵荣超，万国江，
申请(专利权)人：英德市科恒新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：