[发明专利]一种碳包覆改性钴酸锂正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳包覆改性钴酸锂正极材料的制备方法。 

背景技术

在锂离子电池中，正极材料是其最重要的组成部分，也是决定锂离子电池性能的关键。LiCoO₂、LiFePO₄和LiCoO₂作为正极材料已经得到大规模的应用。在目前已产业化锂离子电池正极材料为LiCoO₂，研究比较成熟，综合性能优良。随着人们对锂离子电池电极材料的了解，人们发现其表面结构对其电化学性能有着很大的影响。由于碳材料卓越的导电性、超高的化学和电化学稳定性、独特的物理属性和廉价的成本，碳包覆成为锂离子电池中应用最广泛的方法之一。用碳包覆可以有效地提高电极导电性、改善活性材料的表面化学、保护电极避免其直接接触电解液，从而可得到更好的循环寿命。碳包覆与纳米技术相结合，可提供更好的导电性、更快的锂离子扩散速度，从而得到更好的倍率性能。尤其是碳包覆磷酸铁锂促进了磷酸铁锂从实验室走向工业化，因此，对正极材料的碳包覆的研究具有十分重要的意义。 

因为钴酸锂合成条件在空气或氧气气氛下，合成温度高达900℃。因此传统的通过有机碳分解的实现碳包覆的方法在钴酸锂很难实现：首先碳包覆必须在惰性气氛，与钴酸锂合成需要氧气气氛矛盾，其次，实现碳分解和石墨化温度高达700℃～900℃，很容易将钴金属离子还原成单质或者CoO或者Co₃O₄。因此，目前的碳包覆仅采取干混料或者碳导电剂混桨的 工艺。 

发明内容

本发明的目的是提供一种碳包覆改性钴酸锂正极材料的制备方法，避免了高温碳化将钴酸锂晶型的破坏，从而可得到更好的循环寿命。 

一种碳包覆改性钴酸锂正极材料的制备方法，其特别之处在于，包括如下步骤： 

(1)将钴酸锂加入到去离子水中，钴酸锂和去离子水重量比为1：1～3，然后均匀混合； 

(2)向所得混合液中加入占钴酸锂质量10％～30％的可溶性有机碳源，搅拌，均匀混合，然后再加入占有机碳源质量0.5％～5％的碳化催化剂，搅拌至乳化状态，均匀混合； 

(3)将所得混合液通过喷雾干燥机喷雾造粒后得到有机碳包覆的钴酸锂，其中喷雾干燥进口温度180～250℃，出口温度60～90℃； 

(4)将所得钴酸锂粉末装入坩埚中，抽真空，通入惰性气氛，保持惰性气氛条件下加热到300℃～450℃烧结0.5h～4h即可。 

步骤(2)中有机碳源为蔗糖、葡萄糖、聚乙二醇、间苯二酚和环精糊中的至少一种。 

步骤(2)中碳化催化剂为二茂钴、二茂锂、醋酸钴和醋酸锂中的一种或几种。 

步骤(4)中惰性气氛为氮气和氩气中的一种或几种。 

步骤(4)中加热是在电炉或微波烧结炉内进行。 

本发明的制备方法是通过选择易低温裂解有机碳，添加合适碳化催化剂，通过喷雾造粒在钴酸锂表面包覆一层均匀有机物，在保护性气氛下300℃～450℃烧结0.5h～4h得到均匀碳包覆的钴酸锂，经XRD，XPS检测， 材料保持良好的层状岩盐结构结构，碳含量在1％～10％之间。钴酸锂碳包覆后提高了电极材料的电子电导率，增强了离子在电极表面的传递速度，两种协同作用使得钴酸锂可以充放电完全，库仑效率较高，循环过程中减小电极表面的极化。解决了700℃～900℃高温碳包覆容易导致金属还原，低温碳源难以碳化的矛盾。 

附图说明

图1是实施例1中钴酸锂碳包覆后样品的XRD图，可以看出样品的结晶度高，晶相较纯，没有破坏晶型； 

图2是实施例1中合成样品的透视SEM对比图，为没有包覆碳层的钴酸锂； 

图3是实施例1中合成样品的透视SEM对比图，为没有包覆碳层的钴酸锂，为包覆后的碳层和正极材料。 

具体实施方式

本发明的优点是，优选低温度热解的有机碳，添加适当碳化催化剂，钴酸锂通过喷雾造粒方式，在钴酸锂表面均匀包覆一层有机碳，然后在惰性气氛下，低温300℃～450℃在催化剂的作用下，有机碳裂解成无机碳，包覆在钴酸锂表面。避免了高温碳化将钴酸锂晶型的破坏，同时导致金属的还原的析出。有效地提高电极导电性、改善活性材料的表面化学、保护电极避免其直接接触电解液，从而可得到更好的循环寿命。