[发明专利]一种锂离子导体包覆钴酸锂正极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种锂离子导体包覆钴酸锂正极材料的制备方法，所述方法简单易操作，成本低，耗时短，所述方法在正极材料中掺杂Nb离子，对正极材料晶格中的Co离子位点进行同晶取代，改变晶格参数，电化学性能优良；本发明将无机快锂离子导体前驱体溶液与锂离子电池正极材料在一定温度下混合均匀后，得到表面包覆快锂离子导体胶体的锂离子电池正极材料，将所述表面包覆快锂离子导体胶体的锂离子电池正极材料经热处理后，在正极颗粒表面形成一层均匀的包覆层，可以提升电极材料内部锂离子的传输活性，改善电解质与正极间的界面，提升电池的性能。

所属技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种锂离子导体包覆钴酸锂正极材料的制备方法。

背景技术

LiCoO₂是目前商业化锂离子电池的主要正极材料，但是它存在价格昂贵、不利于环保，比容量低等缺点。LiNbO₂掺杂Co元素的正极材料同时具有了LiNbO₂材料较高的放电比容量，又稳定了材料的层状结构，增强了材料的循环稳定性，但是这种材料也存在耐过充能力差、热稳定性较差、首次放电不可逆容量较高等缺陷。

溶液法进行包覆改性是采用一种物理化学性能优异的材料，在正极材料颗粒表面形成一层均匀包覆的保护方法。对于使用液态电解质的液态锂离子电池来说，由于在电池的充放电循环过程中，电解液对正极材料具有腐蚀作用，导致正极材料的晶体结构畸变，循环寿命变低。在全固态锂电池中，电解质与正极间的界面问题更为显著，电极材料之间没有液态电解质的浸润，导致在正极部分的锂离子传输性能较差，电池整体电化学性能降低。因此，包覆改性常被应用于改善正极材料的电化学性能。已有研究针对于上述问题应用不同的方法对锂离子电池正极材料进行了包覆改性，一些人员采用原子层沉积法、磁 控溅射法等对正极材料进行包覆，但是其操作困难，成本较高，不能进行大规模的产业化生产。

发明内容

本发明提供一种锂离子导体包覆钴酸锂正极材料的制备方法，所述方法简单易操作，成本低，耗时短，所述方法在正极材料中掺杂Nb离子，对正极材料晶格中的Co离子位点进行同晶取代，改变晶格参数，电化学性能优良；本发明将无机快锂离子导体前驱体溶液与锂离子电池正极材料在一定温度下混合均匀后，得到表面包覆快锂离子导体胶体的锂离子电池正极材料，将所述表面包覆快锂离子导体胶体的锂离子电池正极材料经热处理后，在正极颗粒表面形成一层均匀的包覆层，可以提升电极材料内部锂离子的传输活性，改善电解质与正极间的界面，提升电池的性能。

为了实现上述目的，本发明提供一种锂离子导体包覆钴酸锂正极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

（1）制备铌改性钴酸锂

该铌改性钴酸锂的化学式为LiCo_1-x-yFe_xNb_yO₂，其中：x=0.12-0.15，y=0.02-0.03，按照上述化学式中的Li、Fe、Nb、Co的摩尔量称取碳酸锂、乙酸铁、氧化铌和氧化钴，以适量的水和乙醇为分散介质，对称取的原料进行湿法球磨混料，得到混合好的浆料；将混合好的浆料进行喷雾干燥，得到钴酸锂前驱体粉；

对前驱体粉在还原性气氛下施以等离子电弧，使反应粉料熔融，等离子电弧电压20-40kV，等离子电弧电流500-1000A；

将熔融反应粉料用还原性气体喷射入冷却装置内，冷却后对颗粒粉碎筛分，筛分得到的颗粒大小为5-10微米的铌改性钴酸锂材料；其中所述用于喷射的喷嘴直径2-5mm；

（2）制备锂离子导体的前驱体混合溶液

按照化学式Li₅La_3.5Zr_1.5O₁₀的配比，将硝酸锂、硝酸镧、硝酸锆加入混合容器中，加入适量乙二醇、草酸在室温下搅拌4-6小时，得到锂离子导体的前驱体混合溶液；