【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池，特别涉及一种“岛-桥”结构二氧化锆纳米层包覆的钴酸锂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、当今世界范围内存在化石能源的枯竭和环境污染等加剧的问题，开发替代传统化石能源的可再生能源迫在眉睫。氢能、风能、太阳能和地热能等清洁能源有望在未来逐步取代传统化石能源，但是这些清洁能源在时间和空间上的分布不均导致了难以广泛应用。因此，开发出新型的的储能设备成为解决这一系列问题的关键所在。在现有储能设备中，锂离子电池因其高能量密度、重量轻、无“记忆效应”等优点，在储能方面表现出了很大的潜力。
2、钴酸锂是目前商业化应用最广泛的锂离子电池正极。因其具有独特的层状结构、高压缩密度、高理论容量(274mah/g)和卓越的体积容量(1363mah/cm3)而成为正极的首选。但是其较低的工作电压(商业电池电压在4.2v)和只有理论比容量一半的放电比容量限制了其的进一步的发展。提高截止电压至4.5v以上可以获得更高的放电容量，但同样会带来不可逆的结构转变，最终导致电池性能的退化。
3、对钴酸锂进行表面包覆可以提升材料的表界面稳定性，从而提高电化学性能。表面包覆可以隔绝电解液与正极材料间的直接接触，降低表面副反应发生的几率，减缓电解液的分解，抑制结构的不可逆相变，提高材料的循环寿命。包覆层性质，例如结构和组分，对包覆后正极材料的电化学性能具有极大影响。例如，电化学惰性组分和结晶度不高的包覆层虽然能够起到保护正极的作用，但是会阻碍锂离子的传输。又如，包覆层厚度过厚时会影响锂离子的传输过程，但是包覆层过薄则起不到有
4、固相混合法、液相沉淀法是常用于正极材料表面包覆的方法。这两种方法简便易行，但是存在包覆效果不佳，包覆层不均匀、不连续、不完整，无法实现正极材料的有效保护。且这两种方法均难以对包覆层结构和组分进行调控。原子层沉积法能够有效控制包覆层厚度，但是设备成本昂贵、且产量低，难以实现实际大规模应用。少量工作基于液相过程实现了正极材料表面均匀连续、厚度可控的包覆，例如cn112420997b。但是以上方法也没能实现对包覆层结构和组分的调控。
技术实现思路
1、本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种“岛-桥”结构二氧化锆纳米层包覆的钴酸锂及其制备方法和应用，通过将所述“岛-桥”结构二氧化锆层包覆在钴酸锂表面，得到“岛-桥”结构二氧化锆包覆型钴酸锂，该包覆层独特的结构和组分有效增强钴酸锂作为锂离子电池正极材料的电化学性能，为锂离子电池正极材料表面包覆层的的结构和组分调控提供有效方案，在高能量型储锂器件领域具有良好的应用前景。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种“岛-桥”结构二氧化锆纳米层包覆的钴酸锂，所述“岛-桥”结构为一个“桥”连接多个“岛”的复合结构，其中，所述“岛”为凸起的二氧化锆纳米颗粒，“桥”为均匀连续的二氧化锆纳米层，通过所述二氧化锆纳米层将多个凸起的二氧化锆纳米颗粒连接起来，形成呈“岛-桥”结构的二氧化锆包覆层；所述“岛-桥”结构的二氧化锆包覆层均匀、连续地包覆在钴酸锂表面，形成核壳结构，所述核壳结构中的核为钴酸锂，壳为所述“岛-桥”结构，即构成所述“岛-桥”结构二氧化锆纳米层包覆的钴酸锂。
4、本专利技术中，优选地，所述二氧化锆纳米颗粒的粒径为4nm-10nm，二氧化锆纳米层厚度为2nm-5nm。
5、本专利技术还提供了所述“岛-桥”结构二氧化锆纳米层包覆的钴酸锂的制备方法，包括以下步骤：
6、(1)将锆盐溶解于溶剂中，得溶液a；将钴酸锂加入到溶液a中，搅拌均匀，得溶液b；将沉淀剂加入到溶液b中，搅拌均匀，并在在搅拌的条件下，升温反应，得沉淀物；
7、(2)反应结束后，将步骤(1)所得的沉淀物离心分离、洗涤、干燥，得到前驱体；
8、(3)将步骤(2)中所得的前驱体进行煅烧处理，得到所述“岛-桥”结构包覆的钴酸锂。
9、上述制备方法中，优选地，步骤(1)中，所述锆盐为硝酸锆、醋酸锆、硫酸锆、氯化锆、氟化锆、氧氯化锆或草酸锆中的至少一种，其中所述锆盐的浓度为0.01g/l-100g/l。
10、上述制备方法中，优选地，步骤(1)中，所述溶剂为去离子水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、n,n-二甲基甲酰胺、乙二醇、丙二醇、正丁醇、丙酮、苯或甲苯中的至少一种，其中所述溶剂的用量为用量为10ml-500ml。
11、上述制备方法中，优选地，步骤(1)中，所述沉淀剂为脲、硫脲、氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、六亚甲基四胺、三乙胺或三乙醇胺中的至少一种，其中所述沉淀剂的浓度为0.01g/l-100g/l。
12、上述制备方法中，优选地，步骤(1)中的反应温度为30-100℃，反应时间为0.5-10h。
13、上述制备方法中，优选地，步骤(3)中煅烧温度为200-1000℃，升温速率为1-10℃/min，煅烧时间为0.5-5h。
14、上述制备方法中，优选地，步骤(3)中煅烧气氛为空气、氧气、氮气、氩气和/或氢氩混合气。
15、本专利技术还提供了所述“岛-桥”结构二氧化锆纳米层包覆的钴酸锂在锂离子电池正极材料中的应用。
16、综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术具有以下有益效果：
17、(1)本专利技术提供的“岛-桥”结构二氧化锆包覆型钴酸锂制备方法对包覆层结构和组分具有优异的控制能力。所述“岛-桥”结构二氧化锆层通过液相合成过程结合高温煅烧处理制备得到，其中，液相合成过程通过选用适宜的溶剂和沉淀剂，煅烧过程选择适宜的煅烧温度和升温速率，由于所选用的溶剂具有降低四价锆盐的反应活性的作用，所选用的沉淀剂具有随着反应温度改变缓慢分解释放碱性物质的作用，从而有效控制包覆层的结构和组分。本专利技术所用制备方法既能对包覆层结构进行控制，得到特殊的“岛-桥”结构，又可以对组分进行调节，得到结晶度存在差异的“岛”和“桥”。通过将所述“岛-桥”结构二氧化锆层包覆在钴酸锂表面，得到“岛-桥”结构二氧化锆包覆型钴酸锂，能有效增强钴酸锂作为锂离子电池正极材料的电化学性能。
18、(2)本专利技术提供的“岛-桥”结构二氧化锆包覆层具有特殊、新颖的结构和组分，能够均匀、连续地包覆在钴酸锂表面，包覆效果优异。另外，所述“岛-桥”结构二氧化锆包覆层中“岛”和“桥”的结晶性存在差异，“岛”呈高结晶性，“桥”呈弱结晶性。高结晶性岛状二氧化锆纳米颗粒够促进锂离子的扩散，提高动力学过程；弱结晶性二氧化锆桥连续完整的覆盖在钴酸锂表面，能够隔绝电解液和正极材料的直接接触，避免发生副反应，提高表界面稳定性。同时，“岛”和“桥”具有协同效应，进一步促进了钴酸锂的循环稳定性、倍率性能和离子传输能力的提升，对钴酸锂作为锂离子电池正极材料的电化学性能起到双重提升作用。
19、(3)本专利技术提供的“岛-桥”结构二氧化锆包覆型钴本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种“岛-桥”结构二氧化锆纳米层包覆的钴酸锂，其特征在于，所述“岛-桥”结构为一个“桥”连接多个“岛”的复合结构，其中，所述“岛”为凸起的二氧化锆纳米颗粒，“桥”为均匀连续的二氧化锆纳米层，通过所述二氧化锆纳米层将多个凸起的二氧化锆纳米颗粒连接，形成呈“岛-桥”结构的二氧化锆包覆层；所述“岛-桥”结构的二氧化锆包覆层均匀、连续地包覆在钴酸锂表面，形成核壳结构，即构成所述“岛-桥”结构二氧化锆纳米层包覆的钴酸锂。
2.根据权利要求1所述的一种“岛-桥”结构二氧化锆纳米层包覆的钴酸锂，其特征在于，所述二氧化锆纳米颗粒的粒径为4nm-10nm，二氧化锆纳米层厚度为2nm-5nm。
3.根据权利要求1所述的一种“岛-桥”结构二氧化锆纳米层包覆的钴酸锂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述锆盐为硝酸锆、醋酸锆、硫酸锆、氯化锆、氟化锆、氧氯化锆或草酸锆中的至少一种，其中所述锆盐的浓度为0.01g/L-100g/L。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述沉淀剂为脲、硫脲、氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、六亚甲基四胺、三乙胺或三乙醇胺中的至少一种，其中所述沉淀剂的浓度为0.01g/L-100g/L。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的反应温度为30-100℃，反应时间为0.5-10h。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，煅烧温度为200-1000℃，升温速率为1-10℃/min，煅烧时间为0.5-5h。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中煅烧气氛为空气、氧气、氮气、氩气和/或氢氩混合气。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种“岛-桥”结构二氧化锆纳米层包覆的钴酸锂在锂离子电池正极材料中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种“岛-桥”结构二氧化锆纳米层包覆的钴酸锂，其特征在于，所述“岛-桥”结构为一个“桥”连接多个“岛”的复合结构，其中，所述“岛”为凸起的二氧化锆纳米颗粒，“桥”为均匀连续的二氧化锆纳米层，通过所述二氧化锆纳米层将多个凸起的二氧化锆纳米颗粒连接，形成呈“岛-桥”结构的二氧化锆包覆层；所述“岛-桥”结构的二氧化锆包覆层均匀、连续地包覆在钴酸锂表面，形成核壳结构，即构成所述“岛-桥”结构二氧化锆纳米层包覆的钴酸锂。
2.根据权利要求1所述的一种“岛-桥”结构二氧化锆纳米层包覆的钴酸锂，其特征在于，所述二氧化锆纳米颗粒的粒径为4nm-10nm，二氧化锆纳米层厚度为2nm-5nm。
3.根据权利要求1所述的一种“岛-桥”结构二氧化锆纳米层包覆的钴酸锂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述锆盐为硝酸锆、醋酸锆、硫酸锆、氯化锆、氟化锆、氧氯化锆或草酸锆中的至少一种，其中所述锆盐的浓度为0.01g/l-100g/l。
5.根据权利要求3所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：林茜颉，赵雨炜，孙勇刚，曾威，苏晟奇，
申请(专利权)人：广西师范大学，
类型：发明
国别省市：
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