[发明专利]一种纳米铝溶胶包覆钴酸锂正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源材料制备，具体地说，涉及一种纳米铝溶胶包覆钴酸锂正极材料的制备方法。

背景技术

LiCoO₂因其具有能量密度高、制备简单、较好的倍率性能以及循环性能等特点，仍然是目前商业化应用最广泛的锂离子二次电池正极材料。在常规充电范围2.8-4.2V内，LiCoO₂的放电比容量仅有137mAh·g^-1，即仅有0.5mol的Li可以从LiCoO₂中脱出。随着更高能量密度锂离子二次电池的发展，更加需要提高LiCoO₂材料的可逆容量。提高LiCoO₂能量密度的一种有效的方式就是提高其充电电压上限。

然而，当充电截止电压>4.3V时，LiCoO₂中锂离子深度脱出后，贫锂的六方相热稳定性变差，结构很容易被破坏，且随着锂离子的不断脱出Co³⁺被氧化成Co⁴⁺，强氧化性的Co⁴⁺加速电解液的分解，进而导致Co的溶解，使电池循环性能变差，同时锂离子过度脱出导致O的析出，使电池的安全性变差。LiCoO₂在高电压条件下结构的不稳定性以及容量的快速衰减极大程度限制了其进一步的商业化应用。

为了改善LiCoO₂正极材料在高电压条件下的结构稳定性和电化学性能，一种有效的方法是在LiCoO₂正极材料表面包覆一层氧化铝。已有研究采用Al₂O₃表面包覆来提高材料的电化学性能，如申请号为201410319124.6的中国专利公布了采用气相沉积法包覆氧化铝的技术。然而该专利中采用有机铝盐为原料，同时该工艺在转炉中使含铝化合物汽化后再通入水蒸气使含铝化合物水解，这无疑增加了工序的复杂性和生产成本。申请号为201410329190.2的中国专利通过制备气态氧化亚铝的形成进行包覆，工序复杂，成本高，且包覆效果并不好。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种工艺更简单、成本更低廉、包覆效果更好的钴酸锂正极材料包覆氧化铝的制备方法，通过采用纳米铝溶胶为原料，通过本身的电荷自动吸附并快速在钴酸锂表面形成一层纳米含铝化合物包覆层，最后通过低温烧结即可能到均匀包覆纳米氧化铝的钴酸锂正极材料。

一种纳米铝溶胶包覆钴酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：钴酸锂粉末分散：将钴酸锂粉末加入到连续相中，并不断搅拌均匀，得到含钴酸锂的分散液；

S2：包覆反应：将稀释的铝溶胶加入到含钴酸锂的分散液中，持续搅拌，进行包覆反应，得到包覆反应的产物；

S3：固液分离：将包覆反应的产物进行固液分离，抽滤和洗涤，烘干，烧结，自然冷却，得到包覆氧氧化铝的钴酸锂正极材料。

本发明中，S1中的连续相为去离子水或者低级醇中的一种。

本发明中，S1中钴酸锂粉末与连续相的质量比为1：5-1：10。

本发明中，S2中稀释的铝溶胶为将铝溶胶加入到S1的连续相中，铝溶胶与连续相的的质量比为1:50-1:100。

本发明中，S2中持续搅拌时间控制在1-6h。

本发明中，S2中稀释的铝溶胶的pH为3～7，胶粒大小为15～50nm。

本发明中，S3中得到包覆氧氧化铝的钴酸锂正极材料中Al₂O₃与LiCoO₂的质量比小于1:10。

本发明中，S3中烧结温度控制在300～800℃，烧结时间控制在1～20h。

本发明中，S3中抽滤和洗涤的次数均控制在1～3次。

本发明中，低级醇为乙醇。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

本发明与其他包覆氧化铝的技术相比，本发明所揭示的锂离子电池正极材料钴酸锂包覆纳米铝溶胶的制备方法，具有原料易得，包覆工序简单、条件易于控制，包覆体均匀等优点，且制备的包覆氧化铝的钴酸锂正极材料在4.5V下结构稳定、具有较好的循环性能。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明