[发明专利]一种高导热导电性锂电正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高导热导电性锂电正极材料及其制备方法，涉及锂离子电池领域。本发明锂电正极材料包括具有核壳结构的钴酸锂，钴酸锂的核层掺有镁元素，提高了钴酸锂在高压深度脱锂状态下的结构热稳定性；壳层掺有镁元素和钛元素而部分形成尖晶石结构，提高了钴酸锂的导电性；壳层外包覆着导电剂和电活性聚合物的复合物，赋予该锂电正极材料较低的内阻以及较高的导电性和导热性；将本发明锂电正极材料用于锂电池中，在大倍率放电过程中能发挥较好的高倍率性能，产生较少的热量，且产生的热量能够快速传导出来，保证电池内部处于正常温度状态，从而提升锂电池的使用寿命。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种高导热导电性锂电正极材料及其制备方法。

背景技术

钴酸锂(LiCoO₂)是一种层状结构的过渡金属氧化物正极材料，其具有高放电电压平台、高能量密度、高倍率等优点。钴酸锂自商业化以来一直是3C电子产品领域主流正极材料之一，近年来随着无人机、航模类玩具、电子烟、应急启停电源等市场的快速发展，对可快速放电电池的要求越来越高。针对正极材料，不仅要求高的倍率性能，同时也要求高能量密度。现有市面上的高倍率锂离子电池，使用时的充电截止电压已从4.2V提升至4.35V或4.4V，以进一步提升锂离子电池的放电功率和能量密度。故而该类锂离子电池所选用的正极活性物质一般为高电压高压实型钴酸锂材料。在现有生产技术方面，高压实高电压型钴酸锂材料一般采用掺杂惰性元素和包覆惰性金属氧化物的手段来保证其在高电压状态下的结构稳定性，并将钴酸锂颗粒控制在较大的尺寸范围来保证其高压实性能。但是通过以上手段制备的钴酸锂导电性和导热性较低，容易导致在锂电池在大倍率放电过程中产生过多热量且无法快速散热，使的电池长时间处在较高温度状态下，从而导致电池厚度鼓胀，同时降低了锂电池的循环寿命。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种高导热导电性锂电正极材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

第一方面，本发明提供了一种高导热导电性锂电正极材料，其包括具有核壳结构的钴酸锂；所述钴酸锂的核层掺有镁元素，壳层为掺有镁元素和钛元素而形成部分具有尖晶石结构的LiCo_zMg_xTi_yO₂化合物层，其中x+y+z＝1，x/z＝0.0005～0.0025，y/z＝0.0005～0.0025。所述核层掺有镁元素，提高了钴酸锂内层结构在高压深度脱锂状态下的结构热稳定性；所述壳层结构进行镁钛共掺，使得镁钛元素与部分钴酸锂基材元素钴锂氧一起形成尖晶石结构的物质，该物质为锂离子的良导体，提高了钴酸锂材料整体的导电性，从而满足锂电池的高倍率放电性能。这种核壳结构使得所述锂电正极材料用于锂电池中时，具有优异的稳定性，在大倍率放电过程中能发挥较好的高倍率性能。

作为本发明锂电正极材料的优选实施方式，所述壳层外包覆着导电剂和电活性聚合物。所述壳层外包覆着导电剂和电活性聚合物的复合物，其中电活性聚合物具有高的导电性和导热性，这种包覆状态中的钴酸锂材料的粉体内阻低且导电性和导热性也进一步得到提高。这种核壳结构以及包覆结构最终使得所述锂电正极材料用于锂电池中时，在大倍率放电过程中能发挥较好的高倍率性能，产生较少的热量，且产生的热量能够快速传导出来，保证电池内部处于正常温度状态，从而提升锂电池的使用寿命。

第二方面，本发明还提供了一种上述锂电正极材料的制备方法，其包括以下步骤：

(1)配制得到包含钴源、镁源和络合剂的溶液A、包含钴源、钛源和络合剂的溶液B以及碳酸氢铵溶液，将所述溶液A和所述碳酸氢铵溶液加入密闭容器中，搅拌以进行第一步成核共沉淀反应，反应完后过滤，洗涤，得到掺镁碳酸钴颗粒；将所述掺镁碳酸钴颗粒、溶液A、溶液B以及碳酸氢铵溶液加入密闭容器中，搅拌以进行第二步成壳共沉淀反应，反应完后过滤，洗涤，得到共沉淀颗粒，再将所述共沉淀颗粒灼烧，得到内层掺镁元素外层镁钛元素共掺的四氧化三钴；