[发明专利]一种有效掺杂的钴酸锂材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种有效掺杂的钴酸锂材料及其制备方法，其以有机金属盐来替代现有技术中的金属氧化物进行掺杂，有机金属盐为分子结构，晶体依靠分子间作用力进行结合，有助于熔融时金属盐的迁移和断裂再生成，且有机物在烧结的同时会发出大量热能，使得局部温度升高，保证金属存在的地方温度更高，更方面了金属的迁移和金属的掺杂，由此制得的钴酸锂材料具有更优的有效掺杂效果以及好的掺杂均一性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体是涉及一种有效掺杂的钴酸锂材料及其制备方法。

背景技术

高电压钴酸锂是目前小型高比能量电池最理想的正极材料之一。然而，当提高充电电压(＞4.2V)后，钴酸锂的相结构会发生变化，稳定性变差，结构很容易被破坏，并且随着锂离子的不断脱出，Co³⁺被氧化成Co⁴⁺，强氧化性的Co⁴⁺会加速电解液的分解，进而导致钴的溶解，使电池的容量衰减严重，循环性能下降。因此，需要采用掺杂的技术手段来改进钴酸锂正极材料的体相结构，进而改善整体材料的电化学性能。

针对钴酸锂正极材料的掺杂过程，现有技术常采用的掺杂元素为铝，镁等。掺杂方式通常为前驱体掺杂、体相掺杂(烧结掺杂)等等。然而，现有的表征方法主要针对掺杂的含量和掺杂的元素进行表征，如ICP等方案，该方案无法对产品是否掺杂进行评估，即金属以单独氧化物或者锂酸盐的形式存在时，也会成功被方案检测，并纳入掺杂量中，这导致现有掺杂方式所得钴酸锂正极材料因无法确认掺杂均一性的问题，无法发挥最大效果，且未进行有效掺杂的部分会导致材料的性能下降。

发明内容

本发明旨在提供一种具有有效掺杂的钴酸锂材料。

具体方案如下：

一种有效掺杂的钴酸锂材料，所述钴酸锂材料为锂位取代掺杂的钴酸锂，其基体通式为Li_1+xM_yCo_1-zO₂；其中，-0.05≤x≤0.05,0＜y≤0.05,0＜z≤0.05；M为掺杂元素；钴酸锂材料的晶胞参数c值介于14.05到14.085之间，a轴的晶胞参数a值介于2.815到2.83之间。

进一步的，掺杂元素M为Al、Mg、Ti、Mn、Ni中的一种或多种。

本发明还提供了一种有效掺杂钴酸锂材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将钴盐、锂化合物以及包含M元素的纳米级添加剂一起混合均匀，并控制Li/Co的摩尔比在1.00-1.06，混合均匀得到一次混合料；其中M元素为Al、Mg、Ti、Mn、Ni中的一种或多种；纳米级添加剂为对应M元素的有机金属盐；

S2、将步骤S1得到的一次混合料进行烧结，得到一次烧结料；

S3、将步骤S2一次烧结料进行破碎分级得到不同粒径大小的锂电池正极材料半成品；

S4、将不同粒径大小的锂电池正极材料半成品进行二次混料，在二次混料的中添加含有M元素的纳米级添加剂以及含有A元素的纳米级添加剂，混合均匀得到二次混合料，M元素为Al、Mg、Ti、Zr、Mn、Ni中的一种或多种，A元素为Mg、Al、Ti、Zr、Ni、Mn、Y、La、Ce、Pr、Sm的一种或者多种；

S5、将所述二次混合料进行烧结，得到二次烧结料；

S6、将二次烧结料制粉，得到有效掺杂的钴酸锂材料。

进一步的，有机金属盐为乙酰丙酮金属盐、EDTA金属盐、草酸金属盐、乙酸金属盐的一种或者多种。

进一步的，有机金属盐为有机物做螯合配体的两齿到六齿的螯合物。