[发明专利]一种钴酸锂正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池的正极材料，尤其是涉及一种钴酸锂正极材料的制备方法。

背景技术

目前，随着便携式电子设备如手机、笔记本电脑、数码相机等便携移动电子设备迅猛发展，能源市场对可再生的、高能量、长寿命的电池需求量越来越大。锂离子电池是迄今为止已经实用化的电池中电压最高、能量密度最大的电池，具有良好的发展前景。

在目前已产业化的锂离子电池正极材料中，钴酸锂生产具备生产工艺简单，容量密度高，循环性能好的优势，已牢牢占据了大部分的锂离子二次电池市场。但随着智能手机的迅猛发展，传统钴酸锂产品的容量密度已逐渐不能满足需求，所以进一步提高钴酸锂材料的容量密度是钴酸锂发展的迫切需求。提高钴酸锂材料容量密度的开发主要有两个方面：1.进一步提高钴酸锂的压实密度；2提高钴酸锂材料的工作电压。

提高钴酸锂压实密度工作主要是提高钴酸锂颗粒的致密性和控制钴酸锂粒度分布的问题。对于常规的钴酸锂材料颗粒越大，材料的单位体积填充量越大，即压实密度越大，这是提高钴酸锂粉末致密度的一个结果。但是研究发现，仅提高钴酸锂粒度，材料压实密度增加也是有限的，因为虽然提高钴酸锂粒度增加了单颗钴酸锂晶体的致密度，但是钴酸锂颗粒之间存在空隙，在压实过程空隙得不到填充，从而影响了材料的压实密度。为了克服这一缺陷，行业内普遍采用大颗粒中填充小颗粒的做法来提高钴酸锂粉末压实，如中国专利CN1665052A通过颗粒大小不同的钴酸锂进行混合能够提高材料的压实密度，进而提高材料的体积能量密度。然而这一系列的方法都是通过后天掺入的方法来实现小颗粒对大颗粒空隙的填充，填充效果有限，难以得到最佳的填充效。

关于提高钴酸锂产品工作电压，主要解决两个问题：1.当充电截至电压高于4.3V时，由于Li脱出量已高于50%，在这种条件下钴酸锂材料结构非常不稳定，很容易塌陷，因此首先需要解决高电压下钴酸锂材料的结构的稳定性问题；2.在高的截止电压下，Co的价态比较高，氧化性非常强，在强氧化性条件下，电池电解液很容易和材料发生反应，最终导致材料失效。针对这一问题，业内普遍采用体相掺杂+表面包覆的方式做改性，体相掺杂已基本是行业内公知技术。但表面包覆技术则有多种报道：如L.J.Fu用ZnO、MgO、Al₂O₃等处理钴酸锂和锰酸锂表面以提高材料的循环性能。G.Q.Liu用ZrO₂处包覆钴酸锂材料表面。NinaKosova通过液相法在钴酸锂表面包覆纳米级α-Al₂O₃。经过这些氧化物包覆改性后的正极材料性能得到一些改善，但上述方案都存在一些问题，如包覆需要经过湿法过程使生产工艺复杂化，或包覆的技术很难实现商业化生产。所以开发一种有效的、易于实现工业生产的包覆工艺非常重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钴酸锂正极材料的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1）四氧化三钴制备：配制钴盐溶液和沉淀剂溶液，采用控制结晶工艺沉淀出碳酸钴前驱体，所述碳酸钴前驱体要求：中位径D50：13～20μm，0.40≤一致性≤0.50，将碳酸钴烧结得四氧化三钴；

2）将四氧化三钴、添加剂、锂化合物混合后烧结，烧成产品经制粉、过筛后得到D50：13～20μm，一致性0.45～0.55的钴酸锂半成品；

3）将锂化合物和包覆元素M混合，然后与步骤2）得到的钴酸锂半成品加入球磨机中混合，混合好的物料经烧结，烧成产品经制粉、过筛后得到钴酸锂正极材料。