钴酸锂正极材料及其制备方法和应用技术

本申请涉及一种钴酸锂正极材料及其制备方法和应用，属于锂离子电池技术领域。本申请提供的钴酸锂正极材料包括基体和包覆在基体表面的包覆层；基体包括化学式为Li

【技术实现步骤摘要】
钴酸锂正极材料及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及锂离子电池
，特别是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]随着锂离子电池行业的高速发展，终端产品对锂离子电池的要求越来越高。由于锂离子电池的性能主要由正极材料端决定，正极材料的好坏对锂离子电池最终发挥的性能有着重要影响，因此，开发高能量密度及循环寿命长的锂离子电池的关键在于提升正极材料的电化学性能。
[0003]传统的钴酸锂正极材料在高电压状态下充放电会发生体相结构坍塌和析氧现象，钴酸锂正极材料发生变质，导致电池性能下降，容量快速衰减，甚至引发安全事故，严重阻碍了钴酸锂正极材料在高电压下的应用。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要提供一种钴酸锂正极材料及其制备方法和应用，以提高钴酸锂正极材料在高电压下的循环性能和能量密度。
[0005]本申请的第一方面提供一种钴酸锂正极材料，包括基体和包覆在所述基体表面的包覆层；
[0006]所述基体包括化学式为Li
1+a
Co1‑
x
‑
y
‑
z
Mg
x
Al
y
M
z
O2的原料，其中，M包括Ti、Zr、La、Ni、Mn、V、Ce、W、Se、Pb、Rb、Ca、Pd、Ba、Nb、Mo、Ru、Rh、Sn和Y中的一种或多种，0.001＜a＜0.05，0.001＜x＜0.006，0.01≤y＜0.1，0.001＜z＜0.01；所述基体具有核壳结构，所述核壳结构至少为双层结构，从所述基体的中心到表面的方向，所述基体中的镁元素的掺杂量、铝元素的掺杂量分别梯度增加，所述基体中的钴元素的含量梯度降低。
[0007]在一些实施方式中，所述核壳结构不分层；
[0008]可选地，所述包覆层的材料包括含有F
‑
和PO
43
‑
中至少一种离子的化合物。
[0009]在一些实施方式中，所述钴酸锂正极材料的平均粒度D50为17.9μm～19.5μm。
[0010]在一些实施方式中，所述钴酸锂正极材料的比表面积为0.17m2/g～0.19m2/g。
[0011]在一些实施方式中，所述钴酸锂正极材料中镁元素的掺杂量为1000ppm～1500ppm。
[0012]在一些实施方式中，所述钴酸锂正极材料中铝元素的掺杂量为2000ppm～4000ppm。
[0013]本申请的第二方面提供一种上述钴酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0014]将钴盐、镁盐溶解于水中，配制成一级料液、二级料液和三级料液，所述一级料液、所述二级料液和所述三级料液中Co
2+
的浓度依次减小，Mg
2+
的浓度依次增大；
[0015]将所述一级料液、第一络合剂、第一沉淀剂和第一碱铝溶液混合，进行第一共沉淀反应；
[0016]将第一共沉淀反应得到的浆料、第二络合剂、第二沉淀剂和第二碱铝溶液混合，进行第二共沉淀反应；
[0017]将第二共沉淀反应得到的浆料、第三络合剂、第三沉淀剂和第三碱铝溶液混合，进行第三共沉淀反应；
[0018]将第三共沉淀反应得到的浆料陈化后进行热处理，得到前驱体；
[0019]将所述前驱体、锂盐和第一化合物混合后进行第一煅烧处理，得到所述基体，所述第一化合物包括含有M元素的化合物；
[0020]将所述基体与第二化合物混合后进行第二煅烧处理，以在所述基体的表面形成所述包覆层。
[0021]在一些实施方式中，所述第二化合物含有F
‑
和PO
43
‑
中至少一种离子的化合物。
[0022]在一些实施方式中，所述第一共沉淀反应、所述第二共沉淀反应和所述第三共沉淀反应通过溢流连续反应；
[0023]可选地，所述第一共沉淀反应、所述第二共沉淀反应和所述第三共沉淀反应各自独立在不同反应级的反应釜中进行，不同反应级的所述反应釜通过串联的方式连通；
[0024]可选地，所述第二共沉淀反应包括逐级溢流连续反应。
[0025]在一些实施方式中，所述第一碱铝溶液、第二碱铝溶液和第三碱铝溶液各自独立地包括AlO2‑
；
[0026]可选地，所述第一碱铝溶液、第二碱铝溶液和第三碱铝溶液中AlO2‑
的浓度各自独立地为0.01mol/L～0.1mol/L；
[0027]可选地，所述第一碱铝溶液、第二碱铝溶液和第三碱铝溶液的制备方法各自独立地包括以下步骤：将铝盐与碱液混合，反应得到含有AlO2‑
的碱铝溶液；
[0028]可选地，所述铝盐包括硫酸铝、硝酸铝、氯化铝仲丁醇铝一种或多种；
[0029]可选地，所述碱液的浓度为5mol/L～10mol/L；
[0030]可选地，所述碱液包括氢氧化钠溶液。
[0031]在一些实施方式中，所述一级料液中Co
2+
和Mg
2+
的摩尔比为T1：Q1，T1：Q1＝(0.999～0.9999)：(0.0001～0.001)，T1+Q1＝1；
[0032]所述二级料液中Co
2+
和Mg
2+
的摩尔比为T2：Q2，T2：Q2＝(0.99～0.9989)：(0.0011～0.01)，T2+Q2＝1；
[0033]所述三级料液中Co
2+
和Mg
2+
的摩尔比为T3：Q3，T3：Q3＝(0.9～0.989)：(0.011～0.1)，T3+Q3＝1。
[0034]在一些实施方式中，进行第一共沉淀反应的料液中Co
2+
、Mg
2+
和AlO2‑
的摩尔比为I1：J1：K1，(I1+J1)：K1＝(0.997～0.9999)：(0.0001～0.003)，I1+J1+K1＝1；
[0035]进行第二共沉淀反应的料液中Co
2+
、Mg
2+
和AlO2‑
的摩尔比为I2：J2：K2，(I2+J2)：K2＝(0.99～0.996)：(0.004～0.01)，I2+J2+K2＝1；
[0036]进行第三共沉淀反应的料液中Co
2+
、Mg
2+
和AlO2‑
的摩尔比为I3：J3：K3，(I3+J3)：K3＝(0.9～0.989)：(0.011～0.1)，I3+J3+K3＝1。
[0037]在一些实施方式中，所述前驱体包括内核、中核和外核，所述中核包覆在所述内核的表面，所述外核包覆在所述中核的表面；
[0038]所述内核包括化学式为(Co1‑
x1
‑
y1
Mg
x1
Al
y1
)3O4的原料，其中，0.0001≤x1≤0.001，<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，包括基体和包覆在所述基体表面的包覆层；所述基体包括化学式为Li
1+a
Co1‑
x
‑
y
‑
z
Mg
x
Al
y
M
z
O2的原料，其中，M包括Ti、Zr、La、Ni、Mn、V、Ce、W、Se、Pb、Rb、Ca、Pd、Ba、Nb、Mo、Ru、Rh、Sn和Y中的一种或多种，0.001＜a＜0.05，0.001＜x＜0.006，0.01≤y＜0.1，0.001＜z＜0.01；所述基体具有核壳结构，所述核壳结构至少为双层结构，从所述基体的中心到表面的方向，所述基体中的镁元素的掺杂量、铝元素的掺杂量分别梯度增加，所述基体中的钴元素的含量梯度降低。2.根据权利要求1所述的钴酸锂正极材料，其特征在于，所述核壳结构不分层；可选地，所述包覆层的材料包括含有F
‑
和PO
43
‑
中至少一种离子的化合物。3.根据权利要求1～2任一项所述的钴酸锂正极材料，其特征在于，所述钴酸锂正极材料满足以下条件(1)～(4)中的至少一个：(1)所述钴酸锂正极材料的平均粒度D50为17.9μm～19.5μm；(2)所述钴酸锂正极材料的比表面积为0.17m2/g～0.19m2/g；(3)所述钴酸锂正极材料中镁元素的掺杂量为1000ppm～1500ppm；(4)所述钴酸锂正极材料中铝元素的掺杂量为2000ppm～4000ppm。4.如权利要求1～3任一项所述的钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将钴盐、镁盐溶解于水中，配制成一级料液、二级料液和三级料液，所述一级料液、所述二级料液和所述三级料液中Co
2+
的浓度依次减小，Mg
2+
的浓度依次增大；将所述一级料液、第一络合剂、第一沉淀剂和第一碱铝溶液混合，进行第一共沉淀反应；将第一共沉淀反应得到的浆料、第二络合剂、第二沉淀剂和第二碱铝溶液混合，进行第二共沉淀反应；将第二共沉淀反应得到的浆料、第三络合剂、第三沉淀剂和第三碱铝溶液混合，进行第三共沉淀反应；将第三共沉淀反应得到的浆料陈化后进行热处理，得到前驱体；将所述前驱体、锂盐和第一化合物混合后进行第一煅烧处理，得到所述基体，所述第一化合物包括含有M元素的化合物；将所述基体与第二化合物混合后进行第二煅烧处理，以在所述基体的表面形成所述包覆层；可选地，所述第二化合物包括含有F
‑
和PO
43
‑
中至少一种离子的化合物。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一共沉淀反应、所述第二共沉淀反应和所述第三共沉淀反应通过溢流连续反应；可选地，所述第一共沉淀反应、所述第二共沉淀反应和所述第三共沉淀反应各自独立在不同反应级的反应釜中进行，不同反应级的所述反应釜通过串联的方式连通；可选地，所述第二共沉淀反应包括逐级溢流连续反应。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一碱铝溶液、第二碱铝溶液和第三碱铝溶液各自独立地包括AlO2‑
；可选地，所述第一碱铝溶液、第二碱铝溶液和第三碱铝溶液中AlO2‑
的浓度为0.01mol/L～0.1mol/L；
可选地，所述第一碱铝溶液、第二碱铝溶液和第三碱铝溶液的制备方法各自独立地包括以下步骤：将铝盐与碱液混合，反应得到含有AlO2‑
的碱铝溶液；可选地，所述铝盐包括硫酸铝、硝酸铝、氯化铝和仲丁醇铝一种或多种；可选地，所述碱液的浓度为5mol/L～10mol/L；可选地，所述碱液包括氢氧化钠溶液。7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述一级料液中Co
2+
和Mg
2+
的摩尔比为T1：Q1，T1：Q1＝(0.999～0.9999)：(0.0001～0.001)，T1+Q1＝1；所述二级料液中Co
2+
和Mg
2+
的摩尔比为T2：Q2，T2：Q2＝(0.99～0.9989)：(0.0011～0.01)，T2+Q2＝1；所述三级料液中Co
2+
和Mg
2+
的摩尔比为T3：Q3，T3：Q3＝(0.9～0.989)：(0.011～0.1)，T3+Q3＝1。8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，进行第一共沉淀反应的料液中Co
2+
、Mg
2+
和AlO2‑
的摩尔比为I1：J1：K1，(I1+J1)：K1＝(0.997～0.9999)：(0.0001～0.003)，I1+J1+K1＝1；进行第二共沉淀反应的料液中Co
2+
、Mg
2+
和AlO2‑
的摩尔比为I2：J2：K2，(I2+J2)：K2＝(0.99～0.996)：(0.004～0.01)，I2+J2+K2＝1；进...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘开喜，王清辉，王琛，汪云锋，王欣全，封锡胜，吴孟涛，陈要忠，
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：