[发明专利]一种4.45V以上锂离子电池钴酸锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种4.45V以上锂离子电池钴酸锂正极材料，包括钴酸锂基体(掺杂Mg、Ti、Al的钴酸锂)和包覆在基体表面的包覆层(掺杂元素M、N的钴酸锂)。本发明的制备方法：(1)将Li源、Co源、MgO、TiO₂和Al₂O₃混合均匀，然后进行烧结，将烧结产物气流粉碎，得到基体钴酸锂；(2)将基体钴酸锂、含掺杂金属元素M、N的CoCO₃、Li源混合均匀，进行二次恒温烧结，过筛，即得到钴酸锂正极材料。本发明的钴酸锂正极材料组装成全电池，在25℃条件下测试，4.5V的首次放电容量不低于191mAh/g，效率不低于92.0％；在45℃条件下测试，4.48V下循环500周的容量保持率不低于80.0％，4.5V下循环350周的容量保持率不低于80.0％。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，尤其涉及一种4.45V以上锂离子电池钴酸锂正极材料及其制备方法。

背景技术

随着锂离子电池技术的不断发展，电池系统对四大组件即正极材料、负极材料、隔膜和电解液提出了更高的要求，逐步由低端走向高端。目前锂离子电池主要分为3C数码和动力两大类，因为钴酸锂材料具有优异的能量密度、循环性能以及高低温性能，是3C数码锂离子电池中不可替代的正极材料。自4.45V钴酸锂实现量产以来，基本能满足95％以上3C类锂离子电池应用的需要，但为做高端电池技术储备，电池厂对更高电压4.5V材料提出了要求，希望能把钴酸锂的极限容量发挥出来，以及获得更好的循环性能。

为了满足锂离子电池对4.5V高电压的需求，行业人员对适用条件的正极材料进行了探索研究，包括运用体相掺杂、表面包覆以及改善原材料等技术手段。如申请号为201610030874.0的专利申请中提到一种含M的多功能金属氧化物修饰的高电压钴酸锂正极粉末材料及其制备方法，在正极材料内核外包覆一层惰性保护层，再将具有包覆层的正极材料进行热处理，得到高电压钴酸锂正极材料，在高电压下具有质量能量密度大、循环性能和安全性能优异的特点；申请号为201710873412.X的专利申请中提到一种高能量密度型钴酸锂正极材料及其制备方法，钴源中掺有镍元素，与锂源烧结得到一次钴酸锂，在其表面包覆一层在高电压下稳定的含有掺杂元素N的LiVPO₄F材料，钴源中掺杂镍能稳定材料在充放电过程中的结构稳定，添加M元素进一步稳定结构，LiVPO₄F材料具有结构稳定、电压平台高，掺杂元素N能提高LiVPO₄F的锂离子导电率，该钴酸锂能在4.45V以上的条件下使用，且具备优秀的循环性能和安全性能。以上技术手段虽然能达到提高结构稳定性，提升材料循环性能的技术效果，但单纯惰性物质和不具备容量活性的LiVPO₄F包覆，势必会阻隔锂离子在充放电过程中的来回脱出嵌入，从而会对正极材料本身的容量发挥产生影响。因此，如何兼顾容量和循环两方面性能，是开发4.45V以上正极材料亟需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种不损失钴酸锂容量，而且能进一步提高循环性能的钴酸锂正极材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种4.45V以上锂离子电池钴酸锂正极材料，包括钴酸锂基体和包覆在基体表面的包覆层，所述钴酸锂基体为掺杂Mg、Ti、Al的钴酸锂，所述包覆层为掺杂元素M、N的钴酸锂，M为Mn、Sn、Y中的任一种，N为Ti、Nb中的任一种。

上述的钴酸锂正极材料，优选的，所述钴酸锂基体的分子式为Li_rCo_(1-x-y-z)Mg_xTi_yAl_zO₂，1.05≤r≤1.10，0＜x≤0.002，0＜y≤0.001，0＜z≤0.003。