[发明专利]一种核壳异构钴酸锂复合材料和锂离子电池及其制备方法和应用

说明书

本发明属于锂离子电池领域，涉及一种层状‑尖晶石核壳异构钴酸锂复合材料和锂离子电池及其制备方法和应用。所述层状‑尖晶石核壳异构钴酸锂复合材料具有由层状结构的钴酸锂内核和尖晶石结构的钛基复合氧化物外壳构成的核壳结构，所述钛基复合氧化物外壳的组成为Li₂MTi₃O₈，M为Zn、Cu、Mg、Mn和Co中的一种或两种以上；所述层状‑尖晶石核壳异构钴酸锂复合材料采用液相法并以丙烯酸作为络合剂制备得到。本发明提供的层状‑尖晶石核壳异构钴酸锂复合材料能够提高锂离子电池的高温和高电压下的循环稳定性，且制备过程简单，操作方便，成本低，易于工业化生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种层状-尖晶石核壳异构钴酸锂复合材料和锂离子电池及其制备方法和应用。

背景技术

高电压钴酸锂是目前小型高比能量电池最理想的正极材料之一。然而，当提高充电电压(＞4.2V)后，钴酸锂的相结构会发生变化，稳定性变差，结构很容易被破坏，并且随着锂离子的不断脱出，Co³⁺被氧化成Co⁴⁺，强氧化性的Co⁴⁺会加速电解液的分解，进而导致钴的溶解，使电池的容量衰减严重，循环性能下降。因此，需要采用表面包覆的技术手段来改进钴酸锂正极材料的电化学性能。针对钴酸锂正极材料的包覆，现有技术常采用的包覆材料通常为氯化铝、氧化镁等。包覆方式通常为固态法、溶胶凝胶法、水热法等。然而，这些包覆材料以及包覆方式所得钴酸锂正极材料具有导电率低、循环性能欠佳、包覆不均匀或操作复杂、重现性差的缺陷。

发明内容

本发明目的在于克服现有的钴酸锂电池正极材料存在的以上缺陷，而提供一种具有特殊核壳结构且能够有效改善钴酸锂正极材料的高温高压循环性能的层状-尖晶石核壳异构钴酸锂复合材料和锂离子电池及其制备方法和应用。

具体地，本发明提供了一种层状-尖晶石核壳异构钴酸锂复合材料，其中，所述层状-尖晶石核壳异构钴酸锂复合材料具有由层状结构的钴酸锂内核和尖晶石结构的钛基复合氧化物外壳构成的核壳结构，所述钛基复合氧化物外壳的组成为Li₂MTi₃O₈，M为Zn、Cu、Mg、Mn和Co中的一种或两种以上；所述层状-尖晶石核壳异构钴酸锂复合材料采用液相法并以丙烯酸作为络合剂制备得到。

进一步地，当M为Zn、Cu、Mg、Mn和Co中的两种以上时，M为Zn_0.5Cu_0.5、Zn_0.5Mg_0.5、Cu_0.5Mn_0.5或Co_0.5Cu_0.5。

进一步地，所述钴酸锂内核的粒径为2～20μm。

进一步地，所述层状-尖晶石核壳异构钴酸锂复合材料的粒径为2.05～20.5μm。

进一步地，所述钛基复合氧化物外壳的质量百分含量为0.1～5％。

本发明还提供了所述层状-尖晶石核壳异构钴酸锂复合材料的制备方法，该方法包括：

(1)将层状结构的钴酸锂和丙烯酸分散于有机溶剂中，将所得分散液加热至40～100℃后按照化学计量比加入锂源Ⅰ和钛源以及锌源、铜源、镁源、锰源和钴源中的至少一种，持续搅拌、蒸发至溶液粘度达到0.5～5cP，得到前驱体材料；

(2)将所述前驱体材料置于650～850℃下煅烧3～10h后研磨，即得所述层状-尖晶石核壳异构钴酸锂复合材料。

进一步地，所述钴酸锂按照以下方法制备得到：将锂源Ⅱ和钴源按照摩尔比(1～1.1):1混合均匀，再将所得混合物以1～5℃的速度升温至900～1100℃保温6～18h，冷却，研磨，即得钴酸锂。