[发明专利]一种锂离子电池高电压钴酸锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池高电压钴酸锂正极材料及其制备方法，该材料由掺杂型钴酸锂基体及其表面的包覆物组成，掺杂型钴酸锂基体的通式为Li_xCo_1‑yM_yO_2‑zN_z，包覆物的通式为LiNi_x’Co_y’Al_z’O₂；其制备方法为：先通过一次烧结得到钴酸锂基体Li_xCo_1‑yM_yO_2‑zN_z，然后利用液相共沉淀反应制备得到表面包覆有Ni_x’Co_y’Al_z’(OH)₂的钴酸锂正极材料前驱体，最后通过二次烧结即得到本发明的高电压钴酸锂正极材料。本发明制得的高电压钴酸锂正极材料加工性能好、压实密度高，在高电压状态下具有较高的比容量和良好的循环性能，可以在高电压3.0～4.5V间稳定循环。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种锂离子电池高电压钴酸锂正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因体积小、重量轻、比能量大、便于携带等诸多优点，在便携式电子产品和移动工具上获得了广泛应用。LiCoO₂作为最为常用的商用锂离子电池正极材料，理论比容量为274mAh/g，然而实际容量只有140mAh/g左右，这是由于当充电截止电位低于4.2V时，相对应锂离子的脱出，结构变化为Li_1-xCoO₂(0≤x≤0.5)，只有近一半的锂离子能够脱出。为了提高LiCoO₂电池的容量，充电截止电压需要超过4.2V，使得结构中脱出更多的锂离子。当充电截止电压大于4.2V时，即Li_1-xCoO₂脱嵌系数x≥0.5时，a-NaFeO₂晶格中c轴方向会发生扩张，过多的锂脱嵌会使材料内部结构发生坍塌，并伴随有钴在电解液中溶解，电池容量迅速下降，循环性能也随之急剧下降。已有研究表明，电池充电截止电压越高，电量转换效率越低，电极活性衰减也越严重。

上述问题的主要解决途径是通过在LiCoO₂表面进行包覆及体相进行掺杂来改性处理，从而提高LiCoO₂在高于4.2V电压时的稳定性。US20050130042号美国专利文献和非专利文献(Yuhong Oh,Donggi Ahn,Seunghoon Nam,Byungwoo Park.The effect of Al₂O₃-coating coverage on the electrochemical properties in LiCoO₂thinfilms.Journal of Solid State Electrochemistry,2010,14(7):1235-1240)中提到用氧化铝包覆LiCoO₂后改善了钴酸锂在高电压的循环性能和储存性能，但是，由于A1₂O₃等氧化物与LiCoO₂的晶体结构差别很大，晶体匹配性不好，且为非活性物质氧化物，包覆后材料的极化加大，电池的容量和倍率性能下降明显。CN104022280A号中国专利文献中提到在单纯的Ni、Co二元体系或在LiCoO₂表面包覆Li_pNi_xCo_yMn_zO₂，虽然在工作电压高于4.4V时，该材料的电化学性能有所改善，但当电池在稍高温条件下运行时(大于45℃)，包覆层对基体的保护作用会由于Mn的溶解而逐渐失效，加速了高电压下材料性能的恶化。

发明内容