[发明专利]一种钴酸锂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于材料领域，涉及一种钴酸锂及其制备方法和应用。所述钴酸锂的制备方法包括：将钴金属单质和/或钴金属氧化物、掺杂剂、氧化剂、水、导电金属盐和任选的含氨溶液在氧化还原电位ORP值≤100mv、络合剂浓度为0.1～20g/L、电导率≥100uS/cm的条件下进行化学腐蚀结晶反应，之后依次经磁选、陈化碱洗、固液分离、洗涤干燥、锂化。采用本发明提供的方法制备钴酸锂，溶解结晶过程不产生废水，且不断消耗水，从而能够达到对环境友好的目的，并且所得钴酸锂作为正极材料对应的锂离子电池还具有高克容量和优异的循环稳定性，极具工业应用前景。

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种钴酸锂及其制备方法和应用。

背景技术

钴酸锂(LiCoO₂)是最早商业化的锂离子电池正极材料，由于其具有很高的材料密度和电极压实密度，使用钴酸锂正极的锂离子电池具有高的体积能量密度，因此钴酸锂是锂离子电池中应用广泛的正极材料。随着消费电子产品对锂离子电池续航时间的要求不断提高，迫切需要进一步提升电池体积能量密度。钴酸锂电池充电电压的提高可以提高电池的克容量和体积能量密度，因此开发下一代具有更高充电电压的钴酸锂材料已经成为科研界及企业共同关注的热点。目前，钴酸锂电池的充电截止电压已经从1991年最早商业化时的4.20V逐渐提升至4.45V(vs Li/Li⁺)，体积能量密度已经超过700Wh/L。然而，随着充电电压的提高，钴酸锂材料会逐渐出现不可逆结构相变、表界面稳定性下降、安全性能下降等问题，影响其循环性能，限制了其实际应用。

中国科学院物理研究所开发了一种利用固态电解质材料Li_1.5Al_0.5Ti_1.5(PO₄)₃(LATP)包覆钴酸锂的技术，在钴酸锂表面生成具有较高结构和电化学稳定性以及优良离子和电子导电特性的均匀界面层，从而有效解决了钴酸锂材料在高电压充电过程中的表面稳定性问题。近年来，钴酸锂领域一直专注于高电压钴酸锂材料技术开发与基础科学问题研究，其中，通过采用表面和体相改性等多种技术相结合的方法，成功开发了Ti-Mg-Al痕量元素掺杂改性技术，研究了Ti-Mg-Al共掺杂钴酸锂材料颗粒结构与材料在充放电过程中反应可逆性的关系，为设计高电压、高容量正极材料提供了理论依据，但是无法有效实现实际工业化应用。

为了解决钴酸锂材料在高电压条件逐渐出现不可逆结构相变、表界面稳定性下降、安全性能下降等现象、从而影响其循环性能的问题，目前主要采取以下两种措施：一是采用湿法体相掺杂包覆技术，改变掺杂包覆元素的均匀性；二是采用表面烧结包覆技术，改变表面结构的稳定性，提高材料充放电的稳定性，提高材料循环性能。然而，这两种措施仍存在以下缺陷：(1)钴酸锂前驱体均采用碳酸体系沉淀，掺杂的元素容易存在偏析，影响掺杂元素对材料的改性效果；(2)碳酸体系下，前驱体的长大速度快，一次粒子偏粗，烧结过程中，影响钴元素与锂元素的烧结融合，材料结构无法达到最优，从而影响电性能例如循环性能的发挥；(3)常规湿法控制结晶技术，生产过程中会产生大量的含氨废水，对环境造成较大的负担。

发明内容

本发明的目的是为了克服采用现有的共沉淀结晶法所得钴酸锂在高电压条件下循环性能较差且会产生大量含氨废水的缺陷，而提供一种能够获得高容量以及高电压条件下良好的循环性能且不会产生含氨废水的钴酸锂及其制备方法和应用。