[发明专利]一种高电压高压实低成本钴酸锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明适用于锂电池正极材料领域，提供一种高电压高压实低成本钴酸锂正极材料及其制备方法,该方法首先制备添加剂A掺杂的大粒径钴酸锂正极材料，然后制备添加剂B掺杂的小粒径镍钴锰三元正极材料，然后将大粒径钴酸锂和小粒径镍钴锰三元正极材料的不同质量比混合，可以充分提高材料的压实密度，降低正极材料的成本，最后与含有硫化铟的包覆剂C进行烧结粉碎，得到最终的成品钴酸锂正极材料。通过掺杂In³⁺可以确保钴酸锂在高电压状态下的结构稳定性，提高材料的循环寿命及安全性能。

技术领域

本发明属于锂电池正极材料技术领域，尤其涉及一种高电压高压实低成本钴酸锂正极材料及其制备方法。

背景技术

在锂离子正极材料中，钴酸锂由于具有较高的工作电压和能量密度、易合成且可快速充放电，因此被广泛应用。近年来，随着电子产品的进一步小型化和多功能化，对电池输出的能量密度提出了更高的要求，常规的钴酸锂已经不能满足要求。在保证安全性和适当的循环性前提下，提高锂电的能量(主要是体积能量密度)，仍然是未来数年小型锂电的基本发展方向，提高能量密度，无非有两个主要途径，提高电极材料容量或者提高电池工作电压。如果能够将高电压和高容量两者结合起来那将是再好不过了，事实上这正是目前3C锂电池正极材料发展的主流。现有的锂离子电池工作电压范围基本在3.0V-4.3V之间，而以钴酸锂为正极材料的锂离子电池充电到4.5V时能够增加20％左右的容量，但此时的钴酸锂由于深度脱嵌Li⁺，伴随可逆性不好的相变过程，材料结构极其不稳定，电池安全性得不到保证，循环性能也随之急剧下降。除此之外，由于钴资源匮乏，造成钴酸锂材料价格高昂，增加了锂离子电池的材料成本。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种高电压高压实低成本钴酸锂正极材料及其制备方法，旨在解决现有钴酸锂电池循环性能差、成本较高的技术问题。

一方面，所述高电压高压实低成本钴酸锂正极材料的制备方法包括下述步骤：

S1、将锂源、大粒径四氧化三钴和添加剂A按Li:Co:A＝(1.02～1.07):1:(0.005～0.01)的摩尔比一同加入到高速混料机中充分混合均匀，然后进行高温烧结，所述添加剂A至少包括纳米级In₂O₃，还包括磷酸锶、氧化钼、氧化铈、氧化铱、氧化铋中的至少一种；

S2、将步骤S1烧结后物料进行粉碎，粉碎时控制烧结物料的中值粒径D50为15～25μm，过筛，得到大粒径钴酸锂正极材料；

S3、将锂源、小粒径镍钴锰复合前躯体和添加剂B按Li:Me:B＝(1.002～1.007):1:(0.0002～0.0005)的摩尔比一同加入到高速混料机中充分混合均匀，其中Me为Ni、Co、Mn的摩尔量之和，然后进行高温烧结，所述添加剂B为磷酸锶、氧化钼、氧化铈、氧化铱、氧化铋中的一种或几种；

S4、将步骤S3烧结后物料进行粉碎，粉碎时控制烧结物料的中值粒径D50为4～8μm，过筛，得到小粒径镍钴锰三元正极材料；

S5、将所述大粒径钴酸锂正极材料和小粒径镍钴锰三元正极材料按质量比(2～9)：1进行混合，然后和包覆剂C一同加入到高速混料机中充分混合均匀，得到包覆后的混合粉末，将包覆后的混合粉末进行高温烧结，所述包覆剂C至少包括硫化铟In₂S₃，还包括磷酸锶、氧化钼、氧化铈、氧化铱、氧化铋中的一种或几种；

S6、将步骤S5烧结后物料进行粉碎，粉碎时控制烧结物料的中值粒径D50为14～23μm，过筛，得到最终的成品钴酸锂正极材料。

进一步的，步骤S1、S3所用锂源为碳酸锂。