[发明专利]一种LLTO/纳米片状钴酸锂复合正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种LLTO/纳米片状钴酸锂复合正极材料及其制备方法，该正极材料包括纳米级片状钴酸锂和包覆所述纳米级片状钴酸锂的LLTO固态电解质材料包覆层。该制备方法包括纳米片状四氧化三钴的制备、纳米片状钴酸锂的制备、纳米LLTO固态电解质材料的制备、纳米LLTO固态电解质材料包覆的片状钴酸锂正极材料的制备。本发明可同步改善正极材料的电化学性能，降低电池内阻，从而全面提升锂电池的安全性能和功率性能。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，更具体的说是涉及一种LLTO/纳米片状钴酸锂复合正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池由于具备能量密度高、功率密度大、循环性能好、可高倍率充放电、环境友好等特点已经被广泛应用到手表、手机、笔记本、数码相机等3C数码产品和能源汽车领域。人们对锂离子电池的性能提出了越来越高的要求，尤其是在高安全和超高功率方面。而正极材料是决定锂离子电池的电化学性能、安全性能及未来发展方向的关键因素。

目前已经商业化的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂。钴酸锂具有放电平台高、循环性能好、合成工艺简单等优点，但在反复充放电过程中，因锂离子的反复嵌入和脱出，使活性物质的结构在多次收缩和膨胀后发生改变，导致LiCoO₂内阻增大，容量减小，在高温条件下电池性能较差，限制了其在锂离子电池中的应用。

发明内容

鉴于以上不足，本发明的目的在于提供一种高安全、超高功率的LLTO/纳米片状钴酸锂复合正极材料及其制备方法，该制备方法包括纳米片状四氧化三钴的制备、纳米片状钴酸锂的制备、纳米LLTO固态电解质材料的制备、纳米LLTO固态电解质材料包覆的片状钴酸锂正极材料的制备以及锂电池的组装。本发明可同步改善正极材料的电化学性能，降低电池内阻，从而全面提升锂电池的安全性能和功率性能。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种LLTO/纳米片状钴酸锂复合正极材料，该正极材料包括纳米级片状钴酸锂和包覆所述纳米级片状钴酸锂的LLTO固态电解质材料包覆层。

本发明还公开了上述LLTO/纳米片状钴酸锂复合正极材料的制备方法，包含以下步骤：

S1.纳米片状四氧化三钴的制备：氨水注入反应釜作为底液，开启搅拌，在常温下同时加入一定量的钴盐溶液和液碱，调节pH为11.5～13.0，升温至50～70℃，保温1～2小时，形成具有片状一次颗粒的氢氧化钴浆料；然后将浆料进行压滤、洗涤，干燥，经气流磨破碎得到无团聚无粘连的片状氢氧化钴；将片状氢氧化钴置于在300～600℃下反应4～7小时，反应完成后，自然冷却至室温，对产物用200～325目筛网进行过筛，得到粉末A，即为纳米片状四氧化三钴；

S2.纳米片状钴酸锂材料的制备：以粉末A、电池级碳酸锂为原料，采用二阶段固相合成法制备纳米片状钴酸锂，即粉末B；

S3.纳米LLTO固态电解质材料的制备：将化学计量的Li源、La源和Ti源的乙醇混合物进行混合，然后煅烧、研磨后得到粉体C，即为纳米LLTO固态电解质材料；

S4.将步骤S2制得的粉体B和步骤S3制得的粉体C混合均匀，采用机械融合法进行包覆，得到点状包覆或岛状包覆的样品D；

S5.将步骤S4得到的样品D经超声振动过筛后得到LLTO固态电解质材料包覆的纳米级片状钴酸锂正极材料E。

优选的，步骤S1中所述的氨水溶液中氨的浓度为10～20％，钴盐为氯化钴、硫酸钴、硝酸钴、碳酸钴、醋酸钴中的一种或多种，所述钴盐溶液中钴离子浓度为100～120g/L；所述液碱为氢氧化钠溶液，其浓度为90～180g/L；所述钴盐溶液、液碱约氨水的体积比为1:3:3～1:5:4。

优选的，步骤S1在加入所述钴盐溶液和液碱的过程中通入氮气防止氢氧化钴被氧化；将浆料压滤水洗后所得滤饼加纯水调成浆液，进行闪蒸干燥，闪蒸干燥的进风温度为300～350℃。