钴酸锂正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及电池技术领域，具体涉及一种钴酸锂正极材料及其制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
钴酸锂正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电池
，具体而言，涉及一种钴酸锂正极材料及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]近年来，锂离子电池行业作为电子类产品的能源消耗资源以及其节能环保的特性得到了充分的发展
。
钴酸锂材料作为高端小型消费类锂离子电池是最为理想的正极材料，也是现阶段下锂电正极材料研究的热点之一
。
钴酸锂正极材料具有众多优点，如工作电压高
、
压实密度大
、
体积能量密度高和安全性好等，但是高充电电压的循环过程中它的晶格体积膨胀
、
收缩变化率大，在电解液中钴的溶出也会随之加快，再加上电解液的氧化分解严重等原因导致高充电电压下的钴酸锂的循环寿命衰减加快，影响了高电压钴酸锂的实际应用，充电电压能够提升电池比容量，但会引起容量的急剧衰减，循环稳定性极差，这是目前制约高电压钴酸锂正极材料应用存在的主要瓶颈
。
[0003]目前主要通过提高截止电压来提高钴酸锂电池的能量密度
。
提高充电电压，更多的锂离子从晶格中脱出，会引起结构的不稳定；材料表层脱锂程度变高，结构相变从材料表面扩展到颗粒内部，高价态的
Co
不稳定，具有强氧化性，与电解液发生反应，这些因素会直接的影响到高电压钴酸锂的实际应用
。
为此，通过掺杂，包覆，电解液优化及功能隔膜使用，制备工艺优化等方法来对高电压下的容量及循环进行改善
。
正极材料在循环过程中易破裂，与电解质之间存在持续的副反应，严重损害了电池的循环寿命和倍率性能
。
因此为了解决以上出现的问题，充分发挥出钴酸锂正极材料的优势，目前最常用的方法之一就是对材料进行表面包覆
。
目前的包覆工艺不能有效控制大小颗粒的包覆层厚度，并且正极材料组分不能充分发挥协调作用，导致最终得到的正极材料的电化学性能不理想
。
[0004]有鉴于此，特提出本专利技术
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一个目的在于提供一种钴酸锂正极材料，压实密度和振实密度适宜，具有优异的电化学性能
。
[0006]本专利技术的另一个目的在于提供一种钴酸锂正极材料的制备方法，可有效控制不同粒度的第一钴酸锂材料和第二钴酸锂材料的表面包覆层厚度，可提高正极材料的结构稳定性，提高电化学性能
。
[0007]本专利技术的另一个目的在于提供一种正极片
。
[0008]本专利技术的另一个目的在于提供一种电池
。
[0009]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0010]一种钴酸锂正极材料，包括钴酸锂基体以及包覆于所述钴酸锂基体表面的包覆层；所述包覆层包含非金属元素
A、
固体电解质和金属元素
M
；所述非金属元素
A
选自
P、S
和卤素元素中的至少一种
。
[0011]在一种实施方式中，所述钴酸锂基体包括第一钴酸锂基体和第二钴酸锂基体，所述第一钴酸锂基体和所述第二钴酸锂基体各自独立的化学式为
Li
x1
Co
y1
Q
z1
O2，其中，
0.9≤x1≤1.2
，
0.9≤y1≤1
，
0≤z1≤0.1
，元素
Q
选自
Mg、Al、Ti、Y、Zr、Ni、Mn、Ce、Co、Sr
和
Sn
中的至少一种
。
[0012]在一种实施方式中，所述固体电解质选自
Li7La3Zr2O
12
、Li
1+a
AlaTi2‑
a
(PO4)3、Li
3b
La
2/3
‑
b
TiO3和
LiZr2‑
c
Ti
c
(PO4)3中的至少一种，其中，
0≤a≤1
，
0﹤b≤2/3
，
0≤c≤2。
[0013]在一种实施方式中，所述金属元素
M
选自
Mg、Al、Ti、Y、Zr、Ni、Mn、Ce、Co、Sr
和
Sn
中的至少一种
。
[0014](4)
所述非金属元素
A
的化合物的含量占所述钴酸锂基体的含量的
500
‑
3000ppm
，所述固体电解质的含量占所述钴酸锂基体的含量的
300
‑
3000ppm
，所述金属元素
M
的化合物的含量占所述钴酸锂基体的含量的
300
‑
5000ppm。
[0015]在一种实施方式中，所述钴酸锂正极材料的
D50
粒径为
13
～
17
μ
m
，振实密度为
2.5
～
3.5g/cm3，压实密度为3～
3.5g/cm3。
[0016]一种钴酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0017]将第一物料和第二物料进行固相混合处理
、
烧结处理及破碎处理，得到钴酸锂正极材料；
[0018]所述第一物料的制备方法，包括：将第一锂源
、
含金属元素
Q
的第一掺杂剂和第一钴源进行第一固相混合
、
第一烧结及破碎，得到第一钴酸锂材料；将所述第一钴酸锂材料与第二锂源
、
含金属元素
M
的添加剂
M1、
含非金属元素
A
的阴离子化合物
N1
和第一固体电解质进行第二固相混合，得到第一物料；
[0019]所述第二物料的制备方法，包括：将第三锂源
、
含金属元素
Q
的第二掺杂剂和第二钴源进行第三固相混合
、
第二烧结及破碎，得到第二钴酸锂材料，所述第二钴酸锂材料的
D50
粒径小于所述第一钴酸锂材料的
D50
粒径；将所述第二钴酸锂材料与第四锂源
、
含金属元素
M
的添加剂
M2、
含非金属元素
A
的阴离子化合物
N2
和第二固体电解质进行第四固相混合，得到第二物料
。
[0020]在一种实施方式中，所述第一固体电解质和所述第二固体电解质各自独立的选自
Li7La3Zr2O
12
、Li
1+a
Al
a
Ti2‑
a
(PO4)3、Li
3b
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【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，包括钴酸锂基体以及包覆于所述钴酸锂基体表面的包覆层；所述包覆层包含非金属元素
A、
固体电解质和金属元素
M
；所述非金属元素
A
选自
P、S
和卤素元素中的至少一种
。2.
根据权利要求1所述的钴酸锂正极材料，其特征在于，包含以下特征
(1)
至
(5)
中的至少一种：
(1)
所述钴酸锂基体包括第一钴酸锂基体和第二钴酸锂基体，所述第一钴酸锂基体和所述第二钴酸锂基体各自独立的化学式为
Li
x1
Co
y1
Q
z1
O2，其中，
0.9≤x1≤1.2
，
0.9≤y1≤1
，
0≤z1≤0.1
，元素
Q
选自
Mg、Al、Ti、Y、Zr、Ni、Mn、Ce、Co、Sr
和
Sn
中的至少一种；
(2)
所述固体电解质选自
Li7La3Zr2O
12
、Li
1+a
Al
a
Ti2‑
a
(PO4)3、Li
3b
La
2/3
‑
b
TiO3和
LiZr2‑
c
Ti
c
(PO4)3中的至少一种，其中，
0≤a≤1
，
0﹤b≤2/3
，
0≤c≤2
；
(3)
所述金属元素
M
选自
Mg、Al、Ti、Y、Zr、Ni、Mn、Ce、Co、Sr
和
Sn
中的至少一种；
(4)
所述非金属元素
A
的化合物的含量占所述钴酸锂基体的含量的
500
‑
3000ppm
，所述固体电解质的含量占所述钴酸锂基体的含量的
300
‑
3000ppm
，所述金属元素
M
的化合物的含量占所述钴酸锂基体的含量的
300
‑
5000ppm
；
(5)
所述钴酸锂正极材料的
D50
粒径为
13
～
17
μ
m
，振实密度为
2.5
～
3.5g/cm3，压实密度为3～
3.5g/cm3。3.
一种钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将第一物料和第二物料进行固相混合处理
、
烧结处理及破碎处理，得到钴酸锂正极材料；所述第一物料的制备方法，包括：将第一锂源
、
含金属元素
Q
的第一掺杂剂和第一钴源进行第一固相混合
、
第一烧结及破碎，得到第一钴酸锂材料；将所述第一钴酸锂材料与第二锂源
、
含金属元素
M
的添加剂
M1、
含非金属元素
A
的阴离子化合物
N1
和第一固体电解质进行第二固相混合，得到第一物料；所述第二物料的制备方法，包括：将第三锂源
、
含金属元素
Q
的第二掺杂剂和第二钴源进行第三固相混合
、
第二烧结及破碎，得到第二钴酸锂材料，所述第二钴酸锂材料的
D50
粒径小于所述第一钴酸锂材料的
D50
粒径；将所述第二钴酸锂材料与第四锂源
、
含金属元素
M
的添加剂
M2、
含非金属元素
A
的阴离子化合物
N2
和第二固体电解质进行第四固相混合，得到第二物料
。4.
根据权利要求3所述的钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包含以下特征
(1)
至
(3)
中的至少一种：
(1)
所述第一固体电解质和所述第二固体电解质各自独立的选自
Li7La3Zr2O
12
、Li
1+a
Al
a
Ti2‑
a
(PO4)3、Li
3b
La
2/3
‑
b
TiO3和
LiZr2‑
c
Ti
c
(PO4)3中的至少一种，其中，
0≤a≤1
，
0﹤b≤2/3
，
0≤c≤2
；
(2)
所述第一固体电解质在所述第一物料中的质量含量为
300
～
3000ppm
；
(3)
所述第二固体电解质在所述第二物料中的质量含量为
300
～
3000ppm。5.
根据权利要求3所述的钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包含以下特征
(1)
至
(7)
中的至少一种：
(1)
所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李春红，刘栋，
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：