[发明专利]含磷化合物对钴酸锂正极材料表面改性的方法及钴酸锂正极材料

说明书

本发明提供一种含磷化合物对钴酸锂正极材料表面改性的方法及钴酸锂正极材料，包括以下步骤：步骤1、以层状结构的钴酸锂粉体材料作为基体，与含磷化合物按一定比例进行球磨混合，获得混合粉体材料；步骤2、在气氛保护环境下，对混合粉体材料进行加热处理，得到改性钴酸锂正极材料，其内部为钴酸锂，近表面包括钴酸锂晶格和磷酸根成键，表面包括由金属离子与磷酸根基团组成的非晶包覆层。本发明采用含磷化合物和钴酸锂进行混合并加热的工艺控制和处理，以对钴酸锂颗粒表面进行改性，利用磷酸根在表面晶格的掺杂，增强钴酸锂结构的稳定性；并通过含有非晶包覆层有效保护电极电解液界面，降低界面副反应，提高倍率性能和循环性能。

技术领域

本发明涉及钴酸锂正极材料技术领域，具体而言涉及一种含磷化合物对钴酸锂正极材料表面改性的方法及钴酸锂正极材料。

背景技术

钴酸锂正极材料是未来比较理想的锂离子电池正极材料，将钴酸锂的工作电压提高，可以提供更高的比容量和能量密度。然而当充电电压至4.5V及以上时，钴酸锂面临，如相变的不可逆性降低、颗粒经受大于3％的c轴收缩、晶格氧的释放造成材料结构的破坏、界面的相变、过渡金属的溶解等一系列问题，从而导致其循环稳定性的下降。

现有技术中，对钴酸锂进行表面包覆是最常用的改性手段，例如MgO、ZnO、Al₂O₃、AlPO₄等材料包覆层起到了保护钴酸锂的作用，提高钴酸锂的循环性能。

然而目前在制作包覆层的过程通常是非常繁杂的，在工艺控制上难以调控。

现有技术文献：

专利文献1：CN101859887一种过渡金属磷酸盐包覆的锂离子电池复合正极材料

专利文献2：CN102054985一种锰酸锂材料及其制备方法

专利文献3：CN102447106尖晶石锰酸锂复合材料及其制备方法以及锂离子电池

发明内容

本发明目的在于提供一种含磷化合物对钴酸锂正极材料表面改性方法，区别于以往的复杂包覆手段，本发明采用含磷化合物和钴酸锂进行混合并加热的工艺控制和处理，以对钴酸锂颗粒表面进行改性，利用磷酸根在表面晶格的掺杂，增强钴酸锂结构的稳定性；并通过含有磷酸根、Na⁺、Li⁺、Co³⁺等基团或离子的非晶包覆层有效保护电极电解液界面，降低界面副反应。

为实现上述目的，本发明的第一方面提出一种含磷化合物对钴酸锂正极材料表面改性的方法，通过将将钴酸锂粉体材料和含磷化合物按一定比例进行球磨混合均匀，然后在一定温度条件下进行加热处理，得到含磷化合物表面改性的钴酸锂正极材，其材料内部为钴酸锂，材料近表面的钴酸锂晶格和磷酸根成键，材料表面为K⁺、Na⁺、Li⁺、Co³⁺等离子中一种或多种与磷酸根基团组成的非晶包覆物。

经过测试表明，本发明制备的钴酸锂正极材通过简化工艺处理的改性和包覆，其近表面的钴酸锂晶格和磷酸根成键，材料表面为K⁺、Na⁺、Li⁺、Co³⁺等离子中一种或多种与磷酸根基团组成的非晶包覆物，由于磷酸根中的强P-O共价键对O原子的稳定作用，使得钴酸锂正极材在完全充电状态下结构稳定。