[发明专利]一种高电压钴酸锂正极材料的制备方法

说明书

本发明涉及高电压钴酸锂正极材料制备技术领域，提供一种高电压钴酸锂正极材料的制备方法，包括：含钴溶液混合掺杂金属M的化合物，在间歇式反应釜，控制pH值，湿法合成小、大粒度掺杂型氢氧化亚钴，经双氧水溶液氧化，得小、大粒度掺杂型羟基氧化钴；洗涤、干燥、煅烧小、大粒度掺杂型羟基氧化钴，得小、大粒度掺杂型四氧化三钴；将小、大粒度掺杂型四氧化三钴分别与电池级碳酸锂混合，烧结、冷却、粉碎、过筛，得小、大粒度掺杂型钴酸锂；将大、小粒度掺杂型钴酸锂按设定质量比混合，得高电压钴酸锂正极材料。本发明能够使钴酸锂固相掺杂均匀，提高高电压钴酸锂正极材料的压实密度、加工性能与结构稳定性，提升电池的循环性能与倍率性能。

技术领域

本发明涉及高电压钴酸锂正极材料制备技术领域，尤其是涉及一种高电压钴酸锂正极材料的制备方法。

背景技术

钴酸锂正极材料具有比容量大、能量密度高、工作电压平台高、循环性能好、寿命长等特点，主要应用于3C数码领域。随着数码产品的更新换代，钴酸锂正朝着高电压、高压实、快速充放电的方向发展。

目前LiCoO₂正极材料的研发主要集中于开发具有更高充电电压、更高能量密度、更长循环寿命和可接受的低成本与安全水平的产品。提高充电截止电压，可以最大限度地发挥钴酸锂的容量，但材料充放电，LiCoO₂晶格结构就会坍塌，循环稳定性和倍率性能会降低。

锂离子电池正极材料的微观结构和宏观性能受合成方法的影响较为明显，不同的合成方法下材料的形貌、结构和电化学性能等方面存在很大的差异。目前LiCoO₂正极材料合成中应用最广泛的合成方法有高温固相法、湿化学法和喷雾干燥法等。

高温固相法合成LiCoO₂通常是以锂和钴的碳酸盐、硝酸盐、乙酸盐、氧化物或者氢氧化物为原料，充分混合后再在空气气氛下于900～1050℃煅烧。高温固相反应过程中原子或离子穿过各物相之间的界面，并通过各物相区，形成原子或离子的交互扩散。整个反应的推动力是反应物和生成物之间自由能之差，影响反应速率的重要因素是：(1)反应固体颗粒之间的接触面积及表面积；(2)产物相的成核速率；(3)原子或离子通过各物相特别是通过产物相的扩散速率。高温固相法工艺简单且易于控制，适用于工业化生产，但也存在受原料限制大、能耗高和反应时间长等缺点。

湿化学法是共沉淀法、溶胶凝胶法以及水热法等一系列材料合成方法的统称；与高温固相法相比，该类方法合成材料的反应属于原子或者分子级别，可以有效控制产物的形貌、组成成分和微观结构，合成的材料具有结晶程度高、粒度大小均匀以及比表面积大等特点。在合成工艺上，由该类方法制得的前驱体一次粒度细小，物料混合均匀，因而热处理温度可以降低，时间也可以缩短，大大降低了能耗。

喷雾干燥法是目前合成球形材料最有效和常用的方法，其流程可以描述如下：将原料配制成溶液或者浆料，经雾化器雾化分散成均匀的雾滴，由气流带入具有一定温度的空腔内，快速完成溶剂蒸发、溶质成核、干燥、热分解等一系列物理化学反应，最后烧结制成所需的材料。该方法能够在短时间内实现热量和质量的传递，避免了混和、干燥、再破碎的繁琐工艺流程，合成的材料球形度好，粒度大小可控且分布均匀，有利于提高材料的振实密度。

掺杂主要是用各种不同的元素取代材料组分中部分元素以形成均相固溶体的一种改性手段，旨在稳定材料的结构，从而相应提高其电化学性能和热稳定性，但有时会牺牲部分容量。固相掺杂的优势是简单方便，缺点是不均匀。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高电压钴酸锂正极材料的制备方法，能够使得LiCoO₂固相掺杂均匀，提高高电压钴酸锂正极材料的压实密度与加工性能，有效改善材料的结构稳定性，提升电池的循环性能与倍率性能。

本发明的技术方案为：

一种高电压钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：制备掺杂型四氧化三钴