【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种钴酸锂正极材料及制备方法与应用，尤其涉及一种聚合物表面包覆结合多元素掺杂的钴酸锂正极材料及制备方法与应用，属于锂离子电池正极材料领域。
技术介绍
1、近年来出于对环境的保护，对于能源的产业升级越发受到重视，而钴酸锂电池作为商用锂离子电池的研究热点之一，因其优秀的电化学性能早已被广泛的应用在3c、ev等领域，所以针对钴酸锂正极材料的研究具有深刻的意义。影响钴酸锂电池比容量的因素很多，其中充放电截止电压是关键制约因素。研究表明，当充放电截止电压提高到4.6v，钴酸锂电池的比容量较4.5v时将获得大约21％的提升，达到了220mahg-1。这确保了钴酸锂材料始终受到锂电池市场的青睐。
2、然而，目前基于lco的商用锂离子电池的工作电压仅在4.53v左右，这是因为当充放电截止电压被提升到4.55v时，会发生h3→h1-3的不可逆相变，导致a轴和c轴几乎不可逆的发生各向异性的膨胀和收缩。而连续的不可逆相变将导致层状结构的坍塌、co与o的损失以及之后lco表面尖晶石结构的形成等，这都使得li+的传输动力学和电导率等出现极大恶化。研究表明，发生在高压下的不可逆相变可归因于o 2p和co 3d轨道重叠导致的表面降解行为。
3、为了有效解决发生在lco正极材料上的表面降解、有害相变和不均匀反应等问题，元素掺杂、表面包覆和使用小尺寸颗粒被认为是有效的解决方案。元素掺杂是通过在lco的体相和表面掺杂一种或多种元素来改变lco的电子结构，从而在根本上减少co、o电子轨道重叠的情况。表面包覆的原理是在lco的表面
4、现有技术1：cn116544366a公开了一种采用水热反应法在正极材料上构筑了超薄无定形纳米级的lixmnoy包覆层的方法，虽然一定程度上提高了正极材料在充放电循环过程中的循环稳定性，但是水热反应法的使用在合成过程中可能会发生副反应，而且产物结构的稳定性和颗粒形貌的一致性也无法保证，尤其是该方法的工艺条件苛刻，这些缺点都导致该技术的实际化应用存在着诸多困难。
5、现有技术2：cn105489862a公开了一种钴酸锂掺杂银复合正极材料的制备方法，该方法虽然有效提升了钴酸锂的倍率放电能力、放电比容量和使用寿命等，但制备过程中涉及到了王水、高氯酸、氨水等有毒有害化学试剂，且操作步骤复杂，安全性和实际操作性都有待商榷。
6、本专利技术解决的技术问题是：如何采用一种低成本的材料和方法尽可能的提升lco电池的电化学性能，从而推进高压lco的实际使用。本专利技术可以有效的规避上述方案的缺点，且综合运用了表面包覆、元素掺杂和使用小尺寸颗粒等方法，具备极高的商业化使用价值。
技术实现思路
1、为了解决上述技术所存在的不足之处，本专利技术提供了一种聚合物表面包覆结合多元素掺杂的钴酸锂正极材料及制备方法与应用，进一步的提供一种使用pan表面包覆结合mg、al多元素掺杂的钴酸锂正极材料，使其在高压下具备卓越性能。
2、为了解决以上技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种聚合物表面包覆结合多元素掺杂的钴酸锂正极材料，改性lco颗粒由外到内依次为外表面包覆层、次表面包覆层、近表面体相掺杂过渡层以及钴酸锂基体；
3、其中，外表面包覆层为聚丙烯腈pan碳化层，次表面包覆层为pan交联包覆层，近表面体相掺杂过渡层为镁、铝元素梯度掺杂的类尖晶石状过渡层，钴酸锂基体为未改性的层状体相。
4、优选的，钴酸锂基体由平均粒径为2-10μm、平均比表面积为0.44m2/g的微粒组成，所述外表面包覆层与次表面包覆层的总厚度为4-10μm，近表面体相掺杂过渡层的厚度不小于100nm。
5、一种聚合物表面包覆结合多元素掺杂的钴酸锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：
6、步骤1：分别称取适量含镁、铝的纳米物质于小烧杯中，加入适量溶剂后，在高能超声机中以一定条件进行超声；
7、步骤2：分别称取适量钴酸锂正极材料和适量有机粘结剂于大烧杯中，将步骤1中超声后的溶液倒入该大烧杯，加入适量溶剂后在一定条件下进行搅拌蒸干，并于80℃恒温烘箱中进行烘干；
8、步骤3：将步骤2所得烘干粉末进行机械融合包覆，获得pan均匀包覆的钴酸锂正极材料；
9、步骤4：称取适量步骤3所获取的pan包覆钴酸锂粉末，在不同热处理条件下分别进行低温煅烧预氧化过程和低温交联过程，最终获得由碳化pan和交联pan包覆、镁和铝元素掺杂的钴酸锂正极材料。
10、优选的，步骤1中，含镁的纳米物质为纳米化的硝酸镁、氧化镁、硫酸镁、氯化镁中的一种，此处优选为纳米氧化镁；含铝的纳米物质为纳米化的硫酸铝、氧化铝、醋酸铝、氟化铝中的一种，此处优选为纳米氧化铝；且两者的加入量分别为镁或铝元素所对应加入lco质量的0wt％-0.11wt％，此处优选比例为0.055wt％；溶剂为无水乙醇或超纯水中的一种，此处优选为无水乙醇，加入量为40-100ml，此处优选为60ml，超声条件为80％的超声功率下超声0.5-2h，此处优选为1h。
11、优选的，步骤2中，钴酸锂正极材料的加入含量为100-500g，此处优选为300g，有机粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮、pan、蔗糖中的一种或多种，此处优选为pan，其加入含量为所加入lco质量的0wt％～150wt％，优选为所加入lco质量的100wt％；溶剂为无水乙醇或超纯水中的一种，此处优选为无水乙醇，加入量为100-500ml，此处优选为400ml。
12、优选的，步骤2中，在恒温磁力搅拌器上进行，加热温度为40-80℃，搅拌速度为500-900rpm，搅拌时间为8-12h，此处优选为60℃、600rpm和12h；烘干条件为80℃恒温烘箱下干燥8-12h，此处优选为10h。
13、优选的，步骤3中，机械融合包覆是在机械融合机器中进行，转速为3000-5000rpm、时长为10-30min，此处优选为4000rpm、20min。
14、优选的，步骤4中，低温煅烧预氧化过程的温度为200-400℃，气氛为空气，煅烧时间为2-5h。
15、优选的，步骤4中，低温交联过程的温度为280-400℃，气氛为高纯氩气，煅烧时间为1-10h。
16、一种聚合物表面包覆结合多元素掺杂的钴酸锂正极材料的应用，将钴酸锂正极材料用作锂离子电池的正极材料。
17、与现有专利技术相比，本专利技术的有益效果为：
18、1、本专利技术使用的原材料均获取简单，成本低，且使用了机械融合机器进行了包覆处理，改性钴酸锂正极材料的获取量达到了300g，产品的收获量和稳定性也优于其他技术，这为该技术的产业化运用创造了良好条件。
19、2、本专利技术将常应本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种聚合物表面包覆结合多元素掺杂的钴酸锂正极材料，其特征在于：改性LCO颗粒由外到内依次为外表面包覆层、次表面包覆层、近表面体相掺杂过渡层以及钴酸锂基体；
2.根据权利要求1所述的聚合物表面包覆结合多元素掺杂的钴酸锂正极材料，其特征在于：所述钴酸锂基体由平均粒径为2-10μm、平均比表面积为0.44m2/g的微粒组成，所述外表面包覆层与次表面包覆层的总厚度为4-10μm，所述近表面体相掺杂过渡层的厚度不小于100nm。
3.一种如权利要求1所述的聚合物表面包覆结合多元素掺杂的钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的聚合物表面包覆结合多元素掺杂的钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，含镁的纳米物质为纳米化的硝酸镁、氧化镁、硫酸镁、氯化镁中的一种；含铝的纳米物质为纳米化的硫酸铝、氧化铝、醋酸铝、氟化铝中的一种；且两者的加入量分别为镁或铝元素所对应加入LCO质量的0wt％-0.11wt％；溶剂为无水乙醇或超纯水中的一种，加入量为40-100ml，超声条件为80％的超声功率下超声0.5-2h。p>
5.根据权利要求3所述的聚合物表面包覆结合多元素掺杂的钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，钴酸锂正极材料的加入含量为100-500g，有机粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮、PAN、蔗糖中的一种或多种，其加入含量为所加入LCO质量的0wt％～150wt％，溶剂为无水乙醇或超纯水中的一种，加入量为100-500ml。
6.根据权利要求3所述的聚合物表面包覆结合多元素掺杂的钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，在恒温磁力搅拌器上进行，加热温度为40-80℃，搅拌速度为500-900rpm，搅拌时间为8-12h；烘干条件为80℃恒温烘箱下干燥8-12h。
7.根据权利要求3所述的聚合物表面包覆结合多元素掺杂的钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3中，机械融合包覆是在机械融合机器中进行，转速为3000-5000rpm、时长为10-30min。
8.根据权利要求3所述的聚合物表面包覆结合多元素掺杂的钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤4中，低温煅烧预氧化过程的温度为200-400℃，气氛为空气，煅烧时间为2-5h。
9.根据权利要求3所述的聚合物表面包覆结合多元素掺杂的钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤4中，低温交联过程的温度为280-400℃，气氛为高纯氩气，煅烧时间为1-10h。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的聚合物表面包覆结合多元素掺杂的钴酸锂正极材料的应用，其特征在于：将钴酸锂正极材料用作锂离子电池的正极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种聚合物表面包覆结合多元素掺杂的钴酸锂正极材料，其特征在于：改性lco颗粒由外到内依次为外表面包覆层、次表面包覆层、近表面体相掺杂过渡层以及钴酸锂基体；
2.根据权利要求1所述的聚合物表面包覆结合多元素掺杂的钴酸锂正极材料，其特征在于：所述钴酸锂基体由平均粒径为2-10μm、平均比表面积为0.44m2/g的微粒组成，所述外表面包覆层与次表面包覆层的总厚度为4-10μm，所述近表面体相掺杂过渡层的厚度不小于100nm。
3.一种如权利要求1所述的聚合物表面包覆结合多元素掺杂的钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的聚合物表面包覆结合多元素掺杂的钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，含镁的纳米物质为纳米化的硝酸镁、氧化镁、硫酸镁、氯化镁中的一种；含铝的纳米物质为纳米化的硫酸铝、氧化铝、醋酸铝、氟化铝中的一种；且两者的加入量分别为镁或铝元素所对应加入lco质量的0wt％-0.11wt％；溶剂为无水乙醇或超纯水中的一种，加入量为40-100ml，超声条件为80％的超声功率下超声0.5-2h。
5.根据权利要求3所述的聚合物表面包覆结合多元素掺杂的钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，钴酸锂正极材料的加入含量为100-500g，有机粘结剂为聚乙烯吡咯...
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