[发明专利]一种高电压高容量锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

       本发明涉及储能材料及电化学领域，尤其涉及一种高电压高容量锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

随着现代社会科技与经济的高速发展，对锂离子电池的需求量越来越大，要求也越来越高。目前锂离子电池不仅普遍应用于电子信息设备方面，在航天技术，军事领域里也有广泛的应用，而且要求更高，如：高比能量，高比功率，可快速充电，成本低廉，安全性好等。

作为锂离子电池正极材料，钴酸锂具有较高的工作电压、高的能量密度、易合成且可快速充放电等优点，因此应用广泛。但是在深度充放电情况下，钴酸锂正极材料的结构稳定性和安全性能不佳。

为了解决上述问题，目前采取的方法主要有掺杂和表面包覆。通过金属元素掺杂取代部分Co，从而稳定材料的结构，通过包覆可以防止电极材料与电解液之间直接接触，减缓Co的溶解。J. Cho等报道了用SnO₂包覆钴酸锂；中国专利CN1697212A和美国专利US6555269B2都用到Mg、Ti等包覆，改善钴酸锂的高温性能和抗过充性能；在文献（“study of electrochemical properties of coating ZrO₂ on LiCoO₂”. Journal of Alloys and Compounds, 496(2010) 512-516）提出了包覆氧化锆后改善了高温充放电性能。上述均是包覆非活性物质氧化物，虽然确实可以改善钴酸锂的一些性能缺陷，但是由于包覆层为非活性物质，使得电池的比容量有所降低。

针对此，最近人们也开始采用LiMO₂（M为Co、Al、Sn、Zn等）、LiMPO₄（M=Fe、Co）等活性物质对正极材料表面进行改性（如：曹辉.用于锂离子电池正极材料表面包覆材料及工艺：中国专利CN1242501[P]. 2006-02-15）。但是，在包覆改性过程中，所用的方法仍然是常规的溶胶凝胶法，溶液吸附法等，这些方法用于包覆非活性物质尚可，但是用于包覆活性物质，存在着诸多问题，比如，基材与改性层之间焙烧温度无法统一，产品一致性问题，或者包覆均匀性问题等。

鉴于此，确有必要提供一种在高电压循环过程中具有良好的稳定性和优异的电化学性能的钴酸锂正极材料。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了弥补现有技术的不足，提供了一种高电压高容量锂离子电池正极材料及其制备方法。

本发明采用的技术方案：一种高电压高容量锂离子电池正极材料，所述高电压高容量锂离子电池正极材料中含有钴源物质、锂源物质、掺杂剂M和包覆材料，其中Li：Co的摩尔比为0.95～1.2，掺杂剂M的掺量为0.01～10 wt%，包覆材料的总掺量为0.01～20 wt%。

一种高电压高容量锂离子电池正极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

A、将钴源物质、锂源物质、掺杂剂M按照一定的比例混合均匀，其中Li：Co的摩尔比为0.95～1.2，掺杂剂M的掺量为0.01～10 wt%，混合方法不限定，如干混机或混料机等；

B、将步骤A中混合均匀的物料进行烧结，烧结主温度控制在500～1350℃，主温区烧结时间为5～40h，整个烧结过程是在空气或者氧气氛围下进行，通气量控制范围为2～30m³/h，将烧结后的物料经破碎、粉碎、分级、过筛等工艺处理，得到所需的钴酸锂半成品；

C、 将步骤B中处理好的钴酸锂半成品，在具有高冲击力、高剪切力的设备下进行包覆，包覆层为物质N（化学式表示为：LiNi_xMn_yCo_zM′O₂，其中x+y+z=1）或物质N′ 、锂源物质和掺杂物M（其中，掺杂剂M的掺量为0～10 wt%）的混合物的一种或二种；

D、将步骤C处理后的物料进行二次烧结或二次以上烧结，烧结主温度控制在400～1200℃，主温区烧结时间为4～35h，整个烧结过程是在空气或者氧气氛围下进行，通气量控制范围为2～30m³/h，将烧结后的物料经破碎、分散、除铁、过筛等工艺处理，得到所需的成品；