本发明专利技术公开了一种表面改性的钴酸锂材料及其制备方法和在高电压锂电池中的应用。该材料是经过氟化磷酸盐表面包覆改性的钴酸锂材料。所述表面改性的钴酸锂材料在3.0～4.6V的电压区间内，在0.2C的倍率下的可逆比容量为200～225mAh/g；在10C的倍率下的可逆比容量为150～190mAh/g。本发明专利技术制备的高电压快充钴酸锂正极材料采用氟化磷酸盐表面包覆改性，通过优选原料、掺杂含量和工艺，不仅提升了高电压下材料体相晶体结构可逆性与表面的结构稳定性，还提升了材料的离子导电性和电子导电性，实现了钴酸锂正极材料高电压超快充性能和循环稳定性的提升。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池材料，尤其涉及一种表面改性的钴酸锂材料及其制备方法和在高电压锂电池中的应用。
技术介绍
1、钴酸锂正极材料因具有高压实密度、高体积能量密度和长循环寿命等优势，在计算机类、通信类、消费类等便携式电子终端设备市场中占据重要地位。随着电子产品向多元化、轻薄化、高性能、智能化方向发展，电池市场亟需高能量密度、高功率密度的小型储能器件。
2、提高钴酸锂正极的快充性能和充电截止电压是提升锂离子电池能量密度和功率密度的重要途径。然而，随着快充速率和充电截止电压的提升，钴酸锂正极的电化学性能严重衰退。这主要是因为高充电截止电压下正极材料与电解液界面副反应加剧，高度脱锂导致不可逆相变，快充下材料极化导致表面副反应加剧和产生不可逆相变，进而加速了钴酸锂正极材料电化学性能的衰退。
3、因此，提升结构稳定性和降低材料极化是增加钴酸锂正极快充性能和充电截止电压需要克服的技术重点，也是近年来开发新型先进锂离子电池正极材料的重要方向。
技术实现思路
1、鉴于此，本专利技术提供了一种表面改性的钴酸锂材料及其制备方法和在高电压锂电池中的应用，主要目的是解决高电压快充钴酸锂正极材料电化学性能有待提高的技术问题。
2、一方面，本专利技术提供了一种表面改性的钴酸锂材料，所述表面改性的钴酸锂材料为钴酸锂经过氟化磷酸盐改性，所述氟化磷酸盐包覆在所述钴酸锂材料的表面。
3、可选地，包覆层氟化磷酸盐中的磷原子摩尔数是所述钴酸锂中钴原子摩尔数的0.02％～10％。</p>4、可选地，包覆层氟化磷酸盐中的磷原子摩尔数是所述钴酸锂中钴原子摩尔数的0.02％、0.05％、0.08％、0.1％、0.3％、0.5％、0.8％、1.0％、1.3％、1.5％、1.8％、2％、2.3％、2.5％、2.8％、3％、3.3％、3.5％、3.8％、4％、4.3％、4.5％、4.8％、5％、5.3％、5.5％、5.8％、6％、6.3％、6.5％、6.8％、7％、7.3％、7.5％、7.8％、8％、8.3％、8.5％、8.8％、9％、9.3％、9.5％、9.8％、10％中的任一种或任意两者之间的范围值。
5、可选地，所述表面改性的钴酸锂材料在3.0～4.6v的电压区间内，在0.2c的倍率下的可逆比容量为200～225mah/g；在10c的倍率下的可逆比容量为150～190mah/g。
6、可选地，所述表面改性的钴酸锂材料在0.2c的倍率下的可逆比容量选自200、205、210、215、220、225mah/g中的任意值或任意两者之间的范围值。
7、可选地，所述表面改性的钴酸锂材料在在10c的倍率下的可逆比容量为150、155、160、165、170、175、180、185、190mah/g中的任一值或任意两者之间的范围值。
8、第二方面，本专利技术提供了上述表面改性的钴酸锂材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
9、s1：获取钴酸锂；
10、s2：将含步骤s1中所述钴酸锂、锂源、氟源、磷源和过渡金属盐的原料混合，得到前驱物干料；
11、s3：步骤s2中的所述前驱物干料在惰性气氛中加热i、保温i后得到氟化磷酸钴表面改性的钴酸锂正极材料。
12、可选地，步骤s2中，所述钴酸锂、所述锂源、所述氟源、所述磷源和所述过渡金属盐的原子摩尔比为(1－2x):1x:1x:1x:1x，0.0002≤x≤0.1；
13、所述钴酸锂的原子摩尔数以钴原子摩尔数计，
14、所述锂源的原子摩尔数以锂原子摩尔数计，
15、所述氟源的原子摩尔数以氟原子摩尔数计，
16、所述过渡金属盐的原子摩尔数以其对应的金属原子摩尔数计。
17、本专利技术上述“(1－2x)”中的“－”表示1减去2x。
18、本专利技术中当过渡金属盐为多种复合金属盐时，其原子摩尔数为多种金属盐中的金属原子的总摩尔数。
19、可选地，步骤s2中的x选自0.0002、0.0005、0.0008、0.0010、0.003、0.005、0.008、0.010、0.020、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1中的任意值或任意两者之间的范围值。
20、可选地，步骤s3中，所述加热i的温度为600～1000℃，所述保温i的时间为2～6h。
21、可选地，所述惰性气氛包括氩气介质。
22、可选地，所述加热i的温度选自600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃中的任意值或任意两者之间的范围值。
23、可选地，所述保温i的时间选自2、3、4、5、6h中的任意值或任意两者之间的范围值。
24、可选地，步骤s2中，所述锂源选自碳酸锂、氯化锂、氢氧化锂和氟化锂中的至少一种。
25、可选地，步骤s2中，所述氟源选自氟化锂和/或氟化铵。
26、可选地，步骤s2中，所述磷源为植酸、磷酸、磷酸二氢锂和磷酸铵中的至少一种。
27、可选地，步骤s2中，所述过渡金属盐选自钴的乙酸盐或硝酸盐、铜乙酸盐或硝酸盐、镧乙酸盐或硝酸盐以及铝的乙酸盐或硝酸盐中的至少一种。
28、可选地，步骤s1中，所述钴酸锂是四氧化三钴和碳酸锂混合、在空气介质中加热ii、保温ii后的产物；
29、所述四氧化三钴和所述碳酸锂的原子摩尔比为1:1～1.1；所述加热ii的温度为600～1000℃；所述保温ii的时间为2～6h；
30、其中，所述四氧化三钴的原子摩尔数以钴原子摩尔数计，
31、所述碳酸锂的原子摩尔数以锂原子摩尔数计。
32、可选地，所述加热ii的温度选自600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃中的任意值或任意两者之间的范围值。
33、可选地，所述保温ii的时间选自2、3、4、5、6h中的任意值或任意两者之间的范围值。
34、可选地，所述四氧化三钴和所述碳酸锂的原子摩尔比选自1:1、1:1.05、1:1.1中的任意值或任意两者之间的范围值。
35、可选地，所述四氧化三钴包括片状纳米四氧化三钴粉末和球形纳米四氧化三钴粉末。
36、可选地，所述片状纳米四氧化三钴粉末的制备方法包括：钴盐和氨水在60～100℃下加热、保温1～24h，离心干燥后得到纳米氢氧化钴粉末；所述纳米氢氧化钴粉末在空气介质中加热iii、保温iii，得到产物；其中，所述加热iii的温度为600～1000℃，所述保温iii的时间为2～6h。
37、可选地，所述加热iii的温度选自600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃中的任意值或任意两者之间的范围值。
38、可选地，所述保温iii的时间选自2、3、4、5、6h中本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种表面改性的钴酸锂材料，其特征在于，所述表面改性的钴酸锂材料为钴酸锂经过氟化磷酸盐改性，所述氟化磷酸盐包覆在所述钴酸锂材料的表面。
2.根据权利要求1所述的一种表面改性的钴酸锂材料，其特征在于，包覆层氟化磷酸盐中的磷原子摩尔数是所述钴酸锂中钴原子摩尔数的0.02％～10％。
3.根据权利要求1所述的表面改性的钴酸锂材料，其特征在于，所述表面改性的钴酸锂材料在3.0～4.6V的电压区间内，在0.2C的倍率下的可逆比容量为200～225mAh/g；在10C的倍率下的可逆比容量为150～190mAh/g。
4.根据权利要求1～3任一项所述的表面改性的钴酸锂材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的表面改性的钴酸锂材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述钴酸锂、所述锂源、所述氟源、所述磷源和所述过渡金属盐的原子摩尔比为(1－2x):1x:1x:1x:1x，0.0002≤x≤0.1；
6.根据权利要求3所述的表面改性的高电压钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述钴酸锂是四氧化三钴和碳酸锂混合、在空气介质中加热II、保温II后的产物；
7.一种钴酸锂正极件，包括导电基底和涂覆在导电基底表面的浆料；其特征在于，所述浆料的原料包括权利要求1～3任一项所述的表面改性的钴酸锂材料。
8.一种高压快充锂离子电池，包括正极件、负极件、隔膜、电解液；其特征在于，所述正极件为权利要求7所述的钴酸锂正极件。
9.根据权利要求8所述的一种高压快充锂离子电池，其特征在于，所述负极件为金属锂片，所述隔膜为Celgard2400膜，所述电解液为LB-372高压电解液；所述电池为CR2016型纽扣电池。
10.权利要求1～3任一项所述的表面改性的钴酸锂材料在高电压超快充锂离子电池中的应用。
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【技术特征摘要】
1.一种表面改性的钴酸锂材料，其特征在于，所述表面改性的钴酸锂材料为钴酸锂经过氟化磷酸盐改性，所述氟化磷酸盐包覆在所述钴酸锂材料的表面。
2.根据权利要求1所述的一种表面改性的钴酸锂材料，其特征在于，包覆层氟化磷酸盐中的磷原子摩尔数是所述钴酸锂中钴原子摩尔数的0.02％～10％。
3.根据权利要求1所述的表面改性的钴酸锂材料，其特征在于，所述表面改性的钴酸锂材料在3.0～4.6v的电压区间内，在0.2c的倍率下的可逆比容量为200～225mah/g；在10c的倍率下的可逆比容量为150～190mah/g。
4.根据权利要求1～3任一项所述的表面改性的钴酸锂材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的表面改性的钴酸锂材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述钴酸锂、所述锂源、所述氟源、所述磷源和所述过渡金属盐的原子摩尔比为(1－2...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴忠帅，王功瑞，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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