[发明专利]一种钴酸锂正极材料及其制备方法、锂电池

说明书

本发明提供钴酸锂正极材料及其制备方法，该制备方法将改性作用机制不相同的三种元素Ba、Ga、Ru掺杂到钴酸锂晶格中，其中，钡元素通过调节钴酸锂的几何结构和电子结构，实现了降低Li⁺扩散能垒的目的；镓元素通过与氧之间的高结合能，发挥了稳定钴酸锂晶格结构的作用；钌元素通过缩小钴的3d轨道与氧的2p轨道能级的重叠区域，起到了抑制高电压下钴酸锂中氧的电荷补偿行为及4.55V下发生的不可逆相变的作用，在三种不同调节机制的作用下，实现钴酸锂正极材料在高电压下容量、循环稳定性和倍率性能的提升，同时其良好的电化学充放电行为可使得钴酸锂正极材料在电化学储能方面拥有更广泛的实际应用性。

【技术领域】

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种钴酸锂正极材料及其制备方法、锂电池。

【背景技术】

以钴酸锂作为正极材料的锂离子电池由于其高能量密度、大压实密度、充放电电压稳定且工作电压高等特点，一直在电池市场中占据主导地位。但是，理想的锂离子电池正极材料应该是Li⁺和e^-的混合导体，具有平衡的电子电导率和离子电导率，然而钴酸锂正极材料中，电子电导率(10^-3.S·cm^-1)远远高于离子电导率(10^-8.S·cm^-1)，如此低的离子电导率不仅会使Li⁺在钴酸锂正极材料体相中的传输缓慢，而且在正极^-电解液界面处会产生较大的极化，因此限制了钴酸锂正极材料发挥出更高的容量。另外，在高截止电压下工作时，钴酸锂的晶格发生剧烈变化，会失去氧发生从六方相到单斜相的不可逆相变，而单斜相的结构及其不稳定，会导致钴酸锂电池电化学性能的快速衰减。为解决高截止电压下钴酸锂材料循环性能、倍率性能差的问题，提升钴酸锂正极材料的离子电导率。

【发明内容】

为克服现有技术中存在电池组以及安装有电池的设备体积、重量大的技术问题，本发明提供一种钴酸锂正极材料及其制备方法、锂电池。

本发明为了解决上述技术问题，提供以下技术方案：

一种钴酸锂正极材料的制备方法，其包括以下步骤：将锂的化合物、钴的化合物、钡的化合物、镓的化合物与钌的化合物，以按照化学计量比混合获得混合物，对应的化学计量比包括：n(Li):n(Co):n(Ba):n(Ga):n(Ru)＝(0.9-1.2):(0.8-1.1):(0.001-0.002):(0.001-0.002):(0.001-0.002)；混合物进行研磨烧结处理后，得到所需钡-镓-钌三元掺杂的钴酸锂正极材料。

优选地，锂的化合物包括氢氧化锂、磷酸锂、乙酸锂、硝酸锂、碳酸锂中的一种或几种；钴的化合物包括四氧化三钴、醋酸钴、硝酸钴中的一种或几种；钡的化合物包括碳酸钡、氢氧化钡中的一种或几种；镓的化合物包括氧化镓、氢氧化镓中的一种或几种；钌的化合物包括氧化钌。

优选地，在获得混合物之后，进一步包括如下步骤：将混合物与研磨物料、有机溶剂混合，在进行研磨处理后进行烘干处理，得到烘干物；将烘干物进行研磨后在第一温度下进行预烧结，得到预烧结物；及将预烧结物进行二次研磨后，在第二温度下再进行烧结，得到所需钴酸锂正极材料。

优选地，有机溶剂可包括乙醇、异丙醇、丁醇、丙酮中的一种或几种。

优选地，将混合物与研磨物料、有机溶剂混合，进行球磨处理包括以下步骤：将混合物置于球磨容器内，取质量为混合物的质量2-10倍的球磨珠，并加入体积为球磨容器溶剂1/3-3/4倍的有机溶剂进行球磨。

优选地，在第一温度下进行预烧结包括在750-900℃下进行预烧结6-12h。

优选地，在第二温度下再进行烧结包括在900-1100℃温度下进行烧结6-12h。