一种聚合物包覆多元素掺杂钴酸锂补锂剂的制备方法技术

技术编号：40005743 阅读：9 留言：0更新日期：2024-01-09 05:00

本发明专利技术公开了一种聚合物包覆多元素掺杂钴酸锂补锂剂的制备方法，包括操作步骤：S1)、将钴盐、锂盐、金属氧化物添加到杂原子化合物溶液中，分散均匀后喷雾干燥，然后在600‑900℃的温度条件下进行碳化处理1‑6小时，得到富锂钴酸锂；S2)、将功能性化合物、粘结剂添加到有机溶剂中分散均匀得到聚合物，然后将聚合物与富锂钴酸锂进行混合，经过滤、真空干燥后，得到聚合物包覆多元素掺杂钴酸锂补锂剂；本申请形成了Li<subgt;X</subgt;Co<subgt;8‑y</subgt;M<subgt;y</subgt;O<subgt;4</subgt;内核结构，提升材料的结构稳定性，且进一步提升材料内核的电子导电性，改善了倍率性能；且隔绝材料内核直接与电解液接触，降低Ph值和产气量，当功能性化合物在电池出现热失控时候，其材料内阻会急剧增加，进而提升了材料的安全性能。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池材料制备领域，具体涉及一种聚合物包覆多元素掺杂钴酸锂补锂剂的制备方法。

技术介绍

1、锂离子电池由于其高能量密度、长循环寿命等优点广泛的应用于便携式电源领域。然而，随着电动车等对电池能量密度要求的提高，要求锂离子所用材料具有更高的比容量，压实密度、首次效率，而首次效率又是影响其电池能量密度的关键因素。在电池的首次充电过程中，负极表面形成固态电解质膜层(sei)会消耗大量的锂源，将锂转化为非活性的含锂化合物如碳酸锂，氟化锂和烷基锂，从而造成可循环锂的损失，降低电池首圈库伦效率和电池容量，比如在使用石墨负极的电池体系中，首次充电会消耗约9-11％的锂源，首次库伦效率约为89-91％。当采用高比容的负极材料，比如硅基材料，金属氧化物类材料，锂源的消耗进一步加剧。而补锂技术的应用就显得尤为迫切，可以从更本上明显提升材料的首次效率。而目前市场上主要有补锂技术分正极补锂和负极补锂两大类，而正极补锂相对于负极补锂而言，安全性更高，可操作性更强，设备兼容性更高。选择含锂量高、可逆容量很低的正极活性材料与传统正极活性材料按照一定比例混合并作为全新正极活性材料用于电池的组装的正极补锂添加剂补锂方法逐渐成为研究热点。

2、li6coo4作为一种反萤石结构的富锂过渡金属氧化物，具有非常高的比容量，其首次充放电效率很低，能最大限度得脱锂并补充不可逆容量的损失，有着巨大的应用潜力，但由于li6coo4的稳定性较差，影响其结构稳定性及其电子导电率差，影响其倍率性能，且首次充放电过程中释放的锂离子容易形成碳酸锂，产生气体。</p>

3、因此，如何改善li6coo4稳定性及其导电率成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种聚合物包覆多元素掺杂钴酸锂补锂剂的制备方法，形成了lixco8-ymyo4内核结构，提升材料的结构稳定性，且进一步提升材料内核的电子导电性，改善了倍率性能；且隔绝材料内核直接与电解液接触，降低ph值和产气量，当功能性化合物在电池出现热失控时候，其材料内阻会急剧增加，进而提升了材料的安全性能。

2、本专利技术采用的技术方案如下：

3、一种聚合物包覆多元素掺杂钴酸锂补锂剂的制备方法，至少包括如下操作步骤：

4、s1)、将钴盐、锂盐、金属氧化物添加到杂原子化合物溶液中，分散均匀后喷雾干燥，然后在600-900℃的温度条件下进行碳化处理1-6小时，得到富锂钴酸锂，其中，所述钴盐和锂盐的摩尔比为1:6；

5、s2)、将功能性化合物、粘结剂添加到有机溶剂中分散均匀得到聚合物，然后将聚合物与上述步骤s1)得到的富锂钴酸锂进行混合，经过滤、真空干燥后，得到所述聚合物包覆多元素掺杂钴酸锂补锂剂。

6、优选地，在所述步骤s1中，所述钴盐和锂盐的质量之和、金属氧化物和杂原子化合物之间的质量比为100：1-5：0.5-2。

7、优选地，在所述步骤s1)中，所述钴盐为硝酸钴、硫酸钴和醋酸钴中的任意一种或几种的混合；所述锂盐为licooh、licl、li2co3、lino3和lioh中的任意一种或几种的混合。

8、优选地，在所述步骤s1)中，所述金属氧化物为mn氧化物、ti氧化物、v氧化物、cu氧化物和zr氧化物中的任意一种。

9、优选地，在所述步骤s1)中，所述杂原子化合物溶液中的杂原子化合物为尿素、三聚氰胺、四甲基脲、硫脲和硫代乙酰胺中的任意一种；所述杂原子化合物溶液中的溶剂为乙醇、乙二醇和丁二醇中的任意一种；所述杂原子化合物溶液的浓度为1-10wt％。

10、优选地，在所述步骤s2)中，所述功能性化合物、粘结剂、有机溶剂和富锂钴酸锂之间的质量比为1-5：1-5：500-1000：100。

11、优选地，在所述步骤s2)中，所述功能性化合物为三聚氰胺氰尿酸盐、季戊四醇三聚氰胺磷酸酯、多聚磷酸铵、聚二甲基硅氧烷和三聚氰胺焦磷酸盐中的任意一种或几种的混合。

12、优选地，在所述步骤s2)中，所述粘结剂采用羧甲基纤维素锂。

13、优选地，在所述步骤s2)中，所述有机溶剂为乙醇、乙二醇、甘油、吡啶中的任意一种。

14、本专利技术一方面提出在作为材料内核的富锂钴酸锂中掺杂金属氧化物提升材料内核的电子导电率同时掺杂金属氧化物形成lixco8-ymyo4，提升材料的结构稳定性，且杂原子化合物碳化后形成杂原子掺杂无定形碳，进一步提升材料内核的电子导电性，改善倍率性能；本专利技术另一方面提出在材料内核上进一步包覆功能性化合物外层，隔绝材料内核直接与电解液接触，降低ph值和产气量，且功能性化合物在电池出现热失控时候，其材料内阻会急剧增加，进而提升了材料的安全性能，同时包覆外层的粘结剂(羧甲基纤维素锂)也具有锂离子导电率高的特性，可进一步提升材料的离子导电性改善倍率性能。

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【技术保护点】

1.一种聚合物包覆多元素掺杂钴酸锂补锂剂的制备方法，其特征在于，至少包括如下操作步骤：

2.根据权利要求1所述聚合物包覆多元素掺杂钴酸锂补锂剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述钴盐和锂盐的质量之和、金属氧化物和杂原子化合物之间的质量比为100：1-5：0.5-2。

3.根据权利要求1所述聚合物包覆多元素掺杂钴酸锂补锂剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1)中，所述钴盐为硝酸钴、硫酸钴和醋酸钴中的任意一种或几种的混合；所述锂盐为LiCOOH、LiCl、Li2CO3、LiNO3和LiOH中的任意一种或几种的混合。

4.根据权利要求1所述聚合物包覆多元素掺杂钴酸锂补锂剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1)中，所述金属氧化物为Mn氧化物、Ti氧化物、V氧化物、Cu氧化物和Zr氧化物中的任意一种。

5.根据权利要求1所述聚合物包覆多元素掺杂钴酸锂补锂剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1)中，所述杂原子化合物溶液中的杂原子化合物为尿素、三聚氰胺、四甲基脲、硫脲和硫代乙酰胺中的任意一种；所述杂原子化合物溶液中的溶剂为乙醇、乙

6.根据权利要求1所述聚合物包覆多元素掺杂钴酸锂补锂剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2)中，所述功能性化合物、粘结剂、有机溶剂和富锂钴酸锂之间的质量比为1-5：1-5：500-1000：100。

7.根据权利要求1所述聚合物包覆多元素掺杂钴酸锂补锂剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2)中，所述功能性化合物为三聚氰胺氰尿酸盐、季戊四醇三聚氰胺磷酸酯、多聚磷酸铵、聚二甲基硅氧烷和三聚氰胺焦磷酸盐中的任意一种或几种的混合。

8.根据权利要求1所述聚合物包覆多元素掺杂钴酸锂补锂剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2)中，所述粘结剂采用羧甲基纤维素锂。

9.根据权利要求1所述聚合物包覆多元素掺杂钴酸锂补锂剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2)中，所述有机溶剂为乙醇、乙二醇、甘油、吡啶中的任意一种。

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【技术特征摘要】

1.一种聚合物包覆多元素掺杂钴酸锂补锂剂的制备方法，其特征在于，至少包括如下操作步骤：

2.根据权利要求1所述聚合物包覆多元素掺杂钴酸锂补锂剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤s1中，所述钴盐和锂盐的质量之和、金属氧化物和杂原子化合物之间的质量比为100：1-5：0.5-2。

3.根据权利要求1所述聚合物包覆多元素掺杂钴酸锂补锂剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤s1)中，所述钴盐为硝酸钴、硫酸钴和醋酸钴中的任意一种或几种的混合；所述锂盐为licooh、licl、li2co3、lino3和lioh中的任意一种或几种的混合。

4.根据权利要求1所述聚合物包覆多元素掺杂钴酸锂补锂剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤s1)中，所述金属氧化物为mn氧化物、ti氧化物、v氧化物、cu氧化物和zr氧化物中的任意一种。

5.根据权利要求1所述聚合物包覆多元素掺杂钴酸锂补锂剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤s1)中，所述杂原子化合物溶液中的杂原子化合物为尿素、三聚氰胺...

【专利技术属性】
技术研发人员：周文泽，丁伟涛，邢显博，陈英楠，刘登华，王树平，
申请(专利权)人：胜华新材料科技眉山有限公司，
类型：发明
国别省市：

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