[发明专利]一种磷、硫双掺杂钴酸锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种磷、硫双掺杂钴酸锂正极材料及制备方法，属于正极材料的制备技术领域。该磷、硫双掺杂钴酸锂正极材料的化学式为LiCo_1‑xP_xO_2‑yS_y(0.01≤x≤0.05，0.01≤y≤0.05)。本发明制备的磷、硫双掺杂钴酸锂正极材料，纯度高、无杂相，晶格结构没有很大的破坏。本发明提供的磷、硫双掺杂钴酸锂正极材料的制备方法，采用煅烧法，同时在钴酸锂表面掺杂P^5‑、S^2‑，有效的减少电解液对钴酸锂材料的腐蚀，同时可以提高材料表面结构和界面稳定性，有效的抑制反应不可逆相变。

技术领域

本发明属于钴酸锂正极材料制备技术领域，具体涉及一种磷、硫双掺杂钴酸锂正极材料及其制备方法。

背景技术

随着笔记本电脑、移动电话、数码相机等便携式3C电子产品的迅速发展，人们对锂离子电池提出更高质量的要求。锂离子电池的电化学性能主要由正极材料决定。钴酸锂正极材料具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长等优势，但是传统的钴酸锂正极材料不能直接在4.5V(vs.Li/Li+)下工作，高电压条件下会使过量的锂离子“脱嵌”，使得原先材料六方晶系转变为不具有电化学性能的单斜晶系，同时材料不对称的晶格收缩和膨胀，严重破坏了结构稳定性，致使材料倍率性能和循环稳定性较差。如何进一步的提高钴酸锂正极材料在高电压下的电化学性能成为目前业界关注的热点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种磷、硫双掺杂钴酸锂正极材料及其制备方法。通过磷、硫阴离子双掺杂钴酸锂，提高正极材料的导电性，同时利用S、P掺杂在部分氧位置，稳定晶格结构，并且有利于正极材料的容量保持，有效提高钴酸锂正极材料在4.5V及以上高截止电压下的电化学性能。

本发明要求保护一种磷、硫双掺杂钴酸锂正极材料，所述正极材料的化学式为LiCo_1-xP_xO_2-yS_y(0.01≤x≤0.05，0.01≤y≤0.05)。

本发明还要求保护一种磷、硫双掺杂钴酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

a：称取适量的钴盐、锂源混合、研磨，以5～10℃/min的升温速率升温至1000～1050℃煅烧8～10h，烧结过程中连续通入空气作为氧气源，然后自然冷却至室温；

b：将a中所得样品粉碎15～30s，将粉碎后的样品进行过筛处理，收集过筛后的样品，即为钴酸锂；

c：将纳米硫粉、NaH₂PO₂·H₂O、钴酸锂放置在升温管式炉中，通入高纯氮气，流量为1000-1500sccm，以5～10℃/min的升温速率升温至300～350℃煅烧1.5～3h；待自然冷却至室温后，取出；

d：将步骤c中冷却后的样品转移至离心管，水洗醇洗数次，干燥得到磷、硫双掺杂钴酸锂。

本发明中，步骤a中，钴盐为四氧化三钴、锂源为碳酸锂，锂与钴金属比为1.03～1.07。

本发明中，步骤a中采用球磨罐对钴盐、锂源进行研磨，球磨转速为300rad/s，球磨1～1.5h。

本发明中，步骤c中纳米硫粉和NaH₂PO₂·H₂O的摩尔比为1：1。

本发明中，步骤c中，将纳米硫粉、NaH₂PO₂·H₂O、钴酸锂分别置于不同的匣钵中，将装有纳米硫粉、NaH₂PO₂·H₂O的两个匣钵并列放置在炉口位置，将装有钴酸锂的匣钵放置在炉尾位置。

本发明中，步骤d中干燥温度为60℃，干燥时间为12h。