[发明专利]包覆改性的钴酸锂材料及其制备方法、正极片及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种包覆改性的钴酸锂材料及其制备方法、正极片及锂离子电池，包括钴酸锂和包覆于所述钴酸锂表面的含硼衍生碳材料。相比于现有技术，本发明的包覆改性的钴酸锂材料，其含硼衍生碳材料中包括氧化硼和碳材料，使得该含硼衍生碳材料可有效隔绝钴酸锂与电解液的直接接触，减少Co元素的溶出，从而维持了钴酸锂结构的稳定性能，进而提升了其在高压下的循环稳定性和克容量，由此解决了目前钴酸锂材料在高电压下结构稳定性差、固液相副反应增多的问题。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，具体涉及一种包覆改性的钴酸锂材料及其制备方法、正极片及锂离子电池。

背景技术

钴酸锂(LiCoO₂)是最早商业化的锂离子电池正极材料。由于其具有很高的材料密度和电极压实密度，使用钴酸锂正极的锂离子电池具有最高的体积能量密度，而且能够提供较高的工作电压以及较长的使用寿命，一经推广便迅速成为在全世界范围应用最多、应用范围最广的二次电池。锂离子电池主要应用于手机、平板电脑、笔记本电脑、平衡车、无人机等电子产品储能设备领域。随着消费电子产品，特别是5G手机等对锂离子电池续航时间和体积大小的要求不断提高，迫切需要进一步提升电池体积能量密度。提高钴酸锂电池的充电电压可以提高电池的体积能量密度。

然而，在对钴酸锂的研究中，当电压高于4.25V时，电池的循环性能便会出现快速的衰减，此时钴酸锂材料六方晶相开始向单斜相转变。这种现象是由于相变过程中材料体积变化的同时会导致材料性能发生改变，因为相变是不可逆的，从而会导致容量衰减、内部结构遭到破坏的问题。还会引起材料表面的O原子和Co原子活性变高，钴酸锂和电解液的副反应加剧，导致Co溶出和氧气释放，最终钴酸锂颗粒出现微裂纹甚至破碎。目前高电压钴酸锂的研究仍然存在以下难题需要突破：固液相副反应、相变过程与体积形变、材料表面的结构变化。

有鉴于此，确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，提供一种包覆改性的钴酸锂材料，以解决目前钴酸锂材料在高电压下结构稳定性差、固液相副反应增多的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种包覆改性的钴酸锂材料，包括钴酸锂和包覆于所述钴酸锂表面的含硼衍生碳材料。

优选的，所述含硼衍生碳材料由含硼聚合物经煅烧得到，所述含硼聚合物由含氮反应物和含硼反应物在催化剂的作用下反应得到。

优选的，所述含硼聚合物的质量为所述钴酸锂的质量的1～10％。

优选的，所述含氮反应物为2-甲基-2-丙烯酸-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基酯或2-甲基-2-丙烯酸-1,2,2,4,6-五甲基-4-哌啶酯；所述含硼反应物为4-乙烯苯硼酸频那醇酯、3-乙烯苯硼酸频那醇酯、2-乙烯苯硼酸频那醇酯、4-乙烯基苯硼酸、3-乙烯基苯硼酸、2-乙烯基苯硼酸、2-乙烯苯硼酸-1,3-丙二醇酯中的任意一种；所述催化剂为偶氮二异丁腈。

优选的，所述含氮反应物与所述含硼反应物的摩尔比为(6～9)：(1～4)。

本发明的目的之二在于，提供一种上述任一项所述的包覆改性的钴酸锂材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、在保护气氛下将含氮反应物、含硼反应物和催化剂溶于溶剂中并进行聚合反应，反应后得到含硼聚合物；

S2、将步骤S1中得到的含硼聚合物与钴酸锂进行混合研磨，经680～750℃煅烧5～8h，得到含硼衍生碳材料包覆改性的钴酸锂材料。

优选的，步骤S1中，制备含硼聚合物的反应条件为：在聚合反应前先进行脱气，然后经冷冻-加热处理；而后置于65～80℃下搅拌反应5～8h，冷却后进行减压浓缩，将浓缩液于-5～4℃下滴加到分离液中，得到沉淀物含硼聚合物，干燥，得到含硼聚合物。