[发明专利]一种高含量元素均一掺杂的钴酸锂前驱体及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高含量元素均一掺杂的钴酸锂前驱体及其制备方法，其中钴酸锂前驱体所述钴酸锂前驱体的结构式为Co_xM_yO₄，其中0.95≤x＜1，0＜y≤0.05，M代表的是掺杂金属，其晶系为立方晶系，空间群为F‑43m，钴酸锂前驱体的晶胞参数a值介于8.07与8.12之间，真密度介于6.02g/cm³与6.10g/cm³之间。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体是涉及一种高含量元素均一掺杂的钴酸锂前驱体及其制备方法。

背景技术

在锂离子电池技术中，钴酸锂材料具有储能密度高、功率密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应、安全性好、环境友好等优点，在3C及便携领域具有难以代替的地位。然而，随着人们的需求提升，对于钴酸锂材料的要求也在不断提高，特别是钴酸锂材料在高电压和高温下的稳定性。

为了实现钴酸锂材料在高电压和高温下的稳定性，可以通过掺杂有效元素的方式来实现稳定材料结构的目的。该方法能够达成效果的关键步骤在于如何实现掺杂元素有效且均一地掺杂进入钴酸锂体相中。然而，随着掺杂元素含量的提高，传统的方法对于掺杂均一性上手段有限，在前驱体制备过程中引入掺杂元素是一个很好解决以上问题的方案。钴酸锂前驱体相比于钴酸锂成品由于其一次颗粒较小，形貌较为疏松，且元素引入通过液相引入等特点，更容易实现高含量掺杂的方案。

然而，目前对于前驱体材料的研究还仅仅停留在如何实现高掺杂的基础上，同时对于材料的均匀性的评估主要是通过电镜对于部分粒子的掺杂效果进行一个定性的分析和判断。另一方面，对于元素是否掺杂进入晶格结构，还是仅仅是作为混合物均匀分布在前驱体表面也无法通过表征手段进行判断。这一问题导致材料的性能容易产生误判断，使得钴酸锂前驱体的评估和钴酸锂电化学性能的评估发生脱节，无法实现从结构到性能的准确判断。

例如公布号为CN108011101A的专利公开了一种大粒径均匀掺铝四氧化三钴的制备方法，其提供一种掺铝均匀，粒度大且粒度分布均匀的四氧化三钴。其从原理上设置参数，防止铝化合物单独析出、聚集，从而实现铝元素均匀分布在四氧化三钴中。但该专利中仅用EDS数据说明掺杂均匀，无法表征掺杂元素是否进入晶格结构。

又如公布号为CN108373175A的专利中公开了一种铝掺杂四氧化三钴及其制备方法和应用，提供了一种铝元素掺杂四氧化三钴的制备方法，采用铝盐溶液、沉淀剂溶液和铝盐络合剂混合溶液采用并流进料的方式，克服液相沉淀法制备铝掺杂四氧化三钴的过程中各类元素沉降速度差异大的问题，实现了制备得到的材料中各元素分布均匀。但其操作复杂，且对铝元素掺杂的均匀及有效性也未进行表征。

发明内容

本发明旨在提供一种高含量元素均一掺杂的钴酸锂前驱体。

具体方案如下：

一种高含量元素均一掺杂的钴酸锂前驱体，其特征在于：所述钴酸锂前驱体的结构式为Co_xM_yO₄，其中0.95≤x＜1，0＜y≤0.05，M代表的是掺杂金属，其晶系为立方晶系，空间群为F-43m，钴酸锂前驱体的晶胞参数a值介于8.07与8.12之间，真密度介于6.02g/cm³与6.10g/cm³之间。

进一步的，掺杂金属为Mg，Al，Zr，La，Y，Ni，Mn，Cr，V，Ti中的一种或者几种。

进一步的，掺杂金属的总含量在5000ppm-15000ppm之间。

本发明还提供了一种高含量元素均一掺杂的钴酸锂前驱体的制备方法，包括以下步骤：

1)将钴盐加水配制成钴溶液，掺杂金属盐配成金属溶液，将沉淀所需的碱配置成碱溶液；