[发明专利]一种钴酸锂正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种钴酸锂正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池由于具有高工作电压、高能量密度以及长寿命等特点，被广泛应用于智能手机、笔记本电脑等数码产品中。近年来，各种电子产品逐渐向小型化、智能化和功能多样化发展，因此对锂离子电池的性能提出了更高的要求。

目前，研究的锂离子电池的正极材料有层状结构的LiCoO₂、LiNiO₂与LiMnO₂，尖晶石结构的LiMn₂O₄，橄榄石结构的LiFePO₄等。其中，钴酸锂正极材料容易合成、循环优良、安全稳定，是最早运用于商业化的正极材料之一，但由于钴酸锂自身结构的原因，其脱嵌系数必须满足小于等于5，否则过多的锂脱嵌使材料内部结构发生坍塌，容量迅速下降，循环性能急剧下降。商品化的多元材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂、LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂、LiNi_0.8Co_0.2O₂与LiNi_0.7Co_0.15Mn_0.15O₂循环优良、价格便宜、克比容量高，但存在合成困难、高温安全性能差、电池工业难以控制等缺点。尖晶石锰酸锂原材料丰富，价格低廉，具有大倍率放电能力，但锰酸锂本身克比容量低，振实密度与压实密度都相对较低。常规的钴酸锂、多元材料、锰酸锂和磷酸铁锂都不能获得足够高的体积能量密度。因此有必要研发一种高电压高安全性的钴酸锂正极材料。

申请号为US20050130042和US20030082448的美国专利分别提出利用Al₂O₃等氧化物和AlPO₄等磷酸盐作为包覆层对LiCoO₂进行包覆改性，提高LiCoO₂的电化学性能。虽然氧化物和磷酸盐包覆可以有效隔离电解液和正极材料的直接接触，缓解电解液在LiCoO₂表面的分解。然而，一方面，由于Al₂O₃等氧化物和AlPO₄等磷酸盐与LiCoO₂的晶体结构差别很大，导致Al₂O₃等氧化物和AlPO₄等磷酸盐包覆层对LiCoO₂结构稳定性的改善有限；另一方面，Li⁺在Al₂O₃等氧化物和AlPO₄等磷酸盐中的扩散系数远低于层状过渡族氧化物中的扩散系数，包覆后材料的放电极化，电池的容量和倍率性能明显下降。

公开号CN102122712A的中国专利公开了一种利用氢氧化物共沉淀法在四氧化三钴表面包覆一层Ni_xMn_y（OH）_z，并在一定温度下回火烧结形成氧化物，最后加锂后进行烧结，得到了高电压钴酸锂，其沉淀剂主要采用氢氧化物和碳酸盐，但是氢氧化物作为沉淀剂制备钴酸锂的工艺控制复杂。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种工艺控制简单的钴酸锂正极材料的制备方法。

有鉴于此，本发明提供了一种钴酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

将镍盐、锰盐与镁盐混合，得到第一混合溶液，所述镍盐中镍离子、锰盐中锰离子与镁盐中镁离子的摩尔比为（0.5-x）：1.5：x；

将所述第一混合溶液、沉淀剂溶液、氨水与浸润后的四氧化三钴混合，得到第二混合溶液，所述第二混合溶液的pH为6.5～8.5；

所述第二混合溶液反应陈化后得到如式（Ⅱ）所示的产物，所述沉淀剂为草酸铵、碳酸钠或碳酸氢钠；

将所述如式（Ⅱ）所示的产物与锂源化合物混合进行烧结，得到如式（Ⅰ）所示的钴酸锂正极材料；所述锂源化合物的锂离子与所述镍离子、锰离子与镁离子的总摩尔数的比值为（1.01～1.10）：1；