[发明专利]一种掺铝碳酸钴材料及其制备方法、掺铝四氧化三钴和钴酸锂正极材料

说明书

本发明涉及锂离子电池正极前驱体材料技术领域，具体而言，涉及一种掺铝碳酸钴材料及其制备方法、掺铝四氧化三钴和钴酸锂正极材料。所述掺铝碳酸钴材料具有核壳结构，所述核壳结构的外壳和内核均为掺铝碳酸钴；其中，所述掺铝碳酸钴材料整体的微晶尺寸＞15nm，所述内核的微晶尺寸＜20nm；所述掺铝碳酸钴材料整体的微晶尺寸与所述内核的微晶尺寸之比＞1.05。本发明通过控制外壳的微晶尺寸和内核的微晶尺寸在特定范围内，并使外壳的微晶尺寸大于内核的微晶尺寸，不仅能够保证掺铝碳酸钴材料内部的铝元素均匀分布，而且能够提高外壳的致密度，避免内部铝化合物在洗涤和烘干过程中发生析出和重结晶。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极前驱体材料技术领域，具体而言，涉及一种掺铝碳酸钴材料及其制备方法、掺铝四氧化三钴和钴酸锂正极材料。

背景技术

随着3C领域电子设备(即计算机、通讯和消费电子产品三类电子产品的简称，包括平板电脑、电脑、电子辞典、移动电话、数码相机、随身听、数字音频播放器、影音播放之硬件设备等)的更新换代，特别是智能手机各方面性能得到了大幅度提升，因而对设备中的电池容量、循环和安全等方面提出了更高要求。

而作为消费类电池中正极材料的钴酸锂，其性能尤为重要。目前普遍通过在钴酸锂前驱体四氧化三钴中掺杂铝元素来提高锂离子电池的充电截止电压，从而提高锂离子电池容量和循环保持率。为了提高掺铝均匀性，在合成掺铝碳酸钴过程当中会使铝化合物呈现无定型胶状分散碳酸钴内部。但是，掺铝碳酸钴在洗涤和烘干过程中，其内部的铝化合物会发生形态转变，析出并重结晶形成明显的片状铝化合物，最终造成铝元素的分布不均。

例如，专利CN201810066172.7公开了铝掺杂四氧化三钴及其制备方法和应用，从图1能够看出，其产品电镜显示出存在大量片状铝化合物。

再例如，专利CN202010691844.0公开了一种掺铝四氧化三钴的制备方法，从图2能够看出，其产品电镜显示出大量片状铝化合物析出。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种掺铝碳酸钴材料，通过控制掺铝碳酸钴材料整体的微晶尺寸以及所述掺铝碳酸钴材料的内核的微晶尺寸在特定范围内，能使外壳的微晶尺寸大于内核的微晶尺寸，这样不仅能够保证掺铝碳酸钴材料内部的铝元素均匀分布，而且能够提高外壳的致密度，避免内部铝化合物在洗涤和烘干过程中发生析出和重结晶。

本发明的第二目的在于提供一种掺铝碳酸钴材料的制备方法，通过控制反应过程中颗粒的生长速度，控制晶种量，能够得到外壳和内核微晶尺寸不同的掺铝碳酸钴材料；且通过控制合成过程中步骤(a)的颗粒生长速度，能使含铝化合物在内部呈现无定型胶状方式分散分布于碳酸钴中，从而提高铝元素的均匀性。

本发明的第三目的在于提供一种掺铝四氧化三钴，该掺铝四氧化三钴的颗粒表面无含铝片状物，且无开裂现象。

本发明的第四目的在于提供一种钴酸锂正极材料，该钴酸锂正极材料具有较高的容量保持率高和循环保持率。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供了一种掺铝碳酸钴材料，所述掺铝碳酸钴材料具有核壳结构，所述核壳结构的外壳和内核均为掺铝碳酸钴；

其中，所述掺铝碳酸钴材料整体的微晶尺寸＞15nm(还可以选择17nm、19nm、20nm、22nm、24nm、26nm、28nm、30nm、32nm或35nm)，所述内核的微晶尺寸＜20nm(还可以选择19nm、18nm、17nm、16nm、15nm、14nm、13nm或10nm)；

所述掺铝碳酸钴材料整体的微晶尺寸与所述内核的微晶尺寸之比＞1.05(还可以选择1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.8、2.0、2.5或3.0)。