[发明专利]一种高电压类团聚态钴酸锂材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种高电压类团聚态钴酸锂材料的制备方法，包括在制备一次烧结钴酸锂时掺入一定量的掺杂元素D的来源化合物，以获得类团聚态结构的一次烧结钴酸锂颗粒，然后以钴源B和添加剂E为包覆剂，在一次烧结钴酸锂颗粒表面形成包覆层，最后经烧结、粉碎获得类团聚态结构的钴酸锂材料。掺杂元素D为Ti、Mg、Ni、La、Zr、Y、Nb及Al元素中的至少一种；钴源B为四氧化三钴、氢氧化钴、碳酸钴及硫酸钴中的至少一种；添加剂E为Ti化合物、Mg化合物和Al化合物中的至少一种。本发明的钴酸锂材料为由一次颗粒紧密熔合的类团聚态结构，颗粒大小分布均匀，流动性好，包覆层紧密均匀，在高电压条件下具有优良的倍率性能和循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种高电压类团聚态钴酸锂材料及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，随着3C类数码产品在功能和使用强度上的日益增加，其锂电池所采用的正极材料——钴酸锂材料也获得了高速发展，不断地进行着产品的更新换代，其截止电压也从最初的4.2V逐步提高到4.45V。除了数码市场一般需要3C以下的放电，为了满足一些需要大电流大倍率放电的领域(如启停电源、航模、电动工具、电子烟、无人机等)，钴酸锂也被设计成能够实现5C-100C的倍率放电。如中国专利201811637781.X中介绍了一种高倍率型钴酸锂材料，其将干法掺杂与二次烧结工艺相配合，得到加工性能优良的高倍率型钴酸锂产品。但是由于此类产品的充电截止电压低，导致其能量密度满足不了市场的要求。为了提高能量密度，另一种有效的办法便是提高其充电截止电压。如中国专利201610039657.8中提供了一种高电压倍率型钴酸锂材料的制备方法，其将钴酸锂的平均粒径控制在2～4μm来缩短锂离子的脱嵌路径，再结合掺杂和包覆的改性手段，得到截止电压较高的倍率型钴酸锂材料。然而，其采用的醇溶液包覆属于液相包覆，不利于工业化量产。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种高电压类团聚态钴酸锂材料及其制备方法与应用。本发明制备的钴酸锂材料为由钴酸锂一次颗粒紧密熔合形成的类团聚态结构，且颗粒大小分布均匀，流动性好，表面的包覆层能与不平整的钴酸锂颗粒紧密均匀结合，达到了良好的包覆效果，使钴酸锂材料在高电压条件下不仅具有优良的倍率性能，还能保持较好的压实性能、循环性能以及安全性能，且易于工业化量产。

为实现其目的，本发明采取的技术方案为：

一种高电压类团聚态钴酸锂材料的制备方法，其包括如下步骤：

(1)将钴源A、锂源C和掺杂元素D的来源化合物混合均匀，得到一次混合物料，将所述一次混合物料进行烧结、粉碎，得到一烧产物；

(2)以钴源B和添加剂E为包覆剂包覆步骤(1)得到的一烧产物，得到二次混合物料，将所述二次混合物料进行烧结、粉碎，得到所述高电压类团聚态钴酸锂材料；

其中，所述钴源A为四氧化三钴、氢氧化钴、碳酸钴及硫酸钴中的至少一种；所述锂源C为碳酸锂、氢氧化锂及硝酸锂中的至少一种；所述掺杂元素D为Ti、Mg、Ni、La、Zr、Y、Nb以及Al元素中的至少一种；所述钴源B为四氧化三钴、氢氧化钴、碳酸钴以及硫酸钴中的至少一种；所述添加剂E为Ti化合物、Mg化合物和Al化合物中的至少一种。

优选地，所述钴源A和锂源C按锂钴摩尔比为0.90～1.15的配比进行添加。更优选地，所述钴源A和锂源C按锂钴摩尔比为0.96～1.04的配比进行添加。最优选地，所述钴源A和锂源C按锂钴摩尔比为1.02的配比进行添加。本发明中，钴源A和锂源C的摩尔比会对材料的性能产生影响。当锂钴摩尔比较低时，会影响材料的容量发挥，导致存在低容问题，随着锂钴摩尔比逐步提高，材料的容量也会相应提高，当锂钴摩尔比达到1.02时，材料的容量达到峰值。如果继续增加锂钴摩尔比，会导致材料的倍率性能及循环性能下降。