[发明专利]掺杂型高电压钴酸锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种掺杂型高电压钴酸锂正极材料及其制备方法。通过选用锌源、钇源、铽源与镨源的一种或多种，将其和锂源、钴源混合均匀后高温煅烧，得到掺杂型的高电压钴酸锂正极材料。本发明所述正极材料在制备过程中通过掺入Zn、Y、Tb、Pr，可有效改善所得钴酸锂正极材料在高电压下的结构稳定性、循环寿命以及安全性；其中制备的锌钇铽共掺杂钴酸锂正极材料在高电压下循环100圈后放电比容量为185mAh/g，容量保持率为98％，300圈后仍保持结构完整，在高电压条件下可表现出良好的循环稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种掺杂型高电压钴酸锂正极材料及其制备方法。

背景技术

钴酸锂是市场上应用最为广泛的正极材料之一。近年来，随着科技的不断发展，市场对电池能量密度的要求越来越高，钴酸锂正极材料朝着更高的充电截止电压方向发展。

然而，钴酸锂在高电压下，会导致更多的锂离子的脱嵌进而造成内部结构的坍陷，使电池的循环性能恶化，同时，高电压下正极活性物质与电解液的反应加剧，对电池模块的安全性也造成极大的危害。为克服高电压下钴酸锂存在的问题，目前主要研究途径是采用元素掺杂、包覆等方式来对钴酸锂正极材料进行改性，增加材料结构稳定性，改善电极与电解质的界面稳定性。现阶段钴酸锂正极材料在制备的过程中掺杂元素，再进行包覆，工序较多，并且由于包覆层为非活性材料，容易引起钴酸锂正极材料容量的损失。现有的改性手段往往不能满足钴酸锂在高电压下具有优异循环稳定性的要求，对钴酸锂正极材料的电化学性能改善有限。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的主要目的在于提供一种掺杂型高电压钴酸锂正极材料，此掺杂型钴酸锂正极材料可在高电压条件下表现出良好的循环稳定性和倍率性能；且涉及的制备方法简单，适合推广应用。

为实现上述方案，本发明采用的技术方案为：

一种掺杂型高电压钴酸锂正极材料，其化学通式为Li_aCoM_bO₂；其中，0.9≤a≤1.2，0.000001b0.5，M为Y、Tb、Pr中的一种，或Zn、Y、Tb、Pr中的两种以上。

优选的，所述a的取值范围为1.01～1.09；b的取值范围为0.0001～0.03。

优选的，所述M为含有Tb、Pr中的一种，或Zn、Y、Tb、Pr中的两种以上。

更优选的，所述掺杂型高电压钴酸锂正极材料为锌钇铽共掺杂钴酸锂正极材料(M为锌、钇、铽三种)。

上述一种掺杂型高电压钴酸锂正极材料的制备方法，具体包括以下步骤：

1)在水浴搅拌条件下，向将钴盐溶液中加入含有草酸钠的碳酸钠溶液，进行搅拌处理，静置、过滤、洗涤、干燥，得前驱体；

2)将所得前驱体进行煅烧，得四氧化三钴；

3)将所得四氧化三钴、锂源和M源均匀混合后进行二次煅烧，即得所述掺杂型高电压钴酸锂正极材料。

上述方案中，所述钴盐可选用硫酸钴、硝酸钴、醋酸钴、氯化钴等中的一种或几种。

上述方案中，步骤1)中所述钴盐溶液的浓度为10～20wt％。

上述方案中，步骤1)中所述水浴搅拌温度为20～55℃。

上述方案中，步骤1)中所述搅拌处理时间为2～3h。

上述方案中，所述含有草酸钠的碳酸钠溶液中碳酸钠的浓度为8～10wt％；草酸钠用量为碳酸钠质量的0.5～1.25％。

上述方案中，步骤1)中所述钴盐与碳酸钠的摩尔比为1:(0.8～1.2)。