[发明专利]由正硅酸锂和碳包覆的钴酸锂复合材料、制备方法、应用

说明书

本发明公开了一种由正硅酸锂和碳包覆的钴酸锂复合材料、制备方法、应用，钴酸锂复合材料包括：钴酸锂基体以及包覆在所述钴酸锂基体表面的包覆层；所述包覆层的材质为碳源和硅源的复合材料。通过在钴酸锂基体的表面包覆碳源和硅源的复合材料，可以防止高电压条件下钴酸锂与电解液之间的副反应、钴离子的溶解及氧气的释放。同时包覆层中的硅材料有利于锂离子的传输，碳材料具有良好的电子电导率，碳原子的掺杂会减弱硅氧键，在碳原子取代氧原子后，形成多余的锂离子，电荷补偿以此来促进锂离子的运输，从而在整体上提升了钴酸锂复合材料的电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种由正硅酸锂和碳包覆的钴酸锂复合材料、制备方法、应用。

背景技术

钴酸锂正极材料由于具有优异的体积能量密度和循环稳定性，至今仍然是便携式电子设备中锂离子电池正极材料的首选。然而，目前商业化的钴酸锂正极材料的在4.2V电压范围内的容量仅有140mAh/g，已经不能满足新一代的电子产品对高能量密度电池的需求。将其充电截止电压提高至4.5V后，其容量能提升至185mAh/g，但钴酸锂在高电压下循环稳定性显著降低。

目前改进钴酸锂正极材料性能的主要方法有表面包覆(即：在其表面包覆一层氧化物或其它惰性材料)、元素掺杂(如Ti、Mg、Al等金属元素)。这些方法在一定程度上可以提高循环稳定性，但氧化物包覆材料因锂离子导电性差，会影响材料的高倍率性能。

因此，探索更有效的改性方法是开发4.5V以上钴酸锂正极材料亟需解决的问题。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种由正硅酸锂和碳包覆的钴酸锂复合材料及其制备方法、应用，用于解决现有的钴酸锂材料在高电压下循环稳定性差的问题。

第一方面，本发明提供一种由正硅酸锂和碳包覆的钴酸锂复合材料，其中，包括：钴酸锂基体以及包覆在所述钴酸锂基体表面的包覆层；所述包覆层的材质为碳源、锂源和硅源的复合材料。

可选地，所述的钴酸锂复合材料，其中，所述硅源选自五硅酸锂、硅酸四乙酯、正硅酸甲酯、多聚硅氧烷或甲基三乙氧基硅烷中的一种或多种。

可选地，所述的钴酸锂复合材料，其中，所述碳源为丙烯腈低聚物，所述丙烯腈低聚物相对分子量为106-100000；所述丙烯腈低聚物是丙烯腈的均聚物，或者是丙烯腈与其它烯类单体的共聚物，其它烯类单体为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸、亚甲基丁二酸中的一种。

第二方面，本发明提供一种上述所述的由正硅酸锂和碳包覆的钴酸锂复合材料的制备方法，其中，方法包括：

提供粉末状钴酸锂材料；

将所述粉末状钴酸锂材料加入到包含所述碳源、所述硅源及锂源的水溶液中，加热得到碳源、锂源和硅源原位包覆的前驱体；

对所述碳源、锂源和硅源原位包覆的前驱体进行烧结，得到钴酸锂复合材料。

可选地，所述的制备方法，其中，所述粉末状钴酸锂材料的制备方法，包括：

将钴源与锂源混合经研磨得到混合前驱体，所述混合前驱体中钴源与锂源的物质量的比为1:1.05；

对所述混合前驱体进行烧结，得到钴酸锂基体材料，将所述钴酸锂基体材料研磨成粉末，得到粉末状钴酸锂基体材料。

可选地，所述的制备方法，其中，所述钴源选自硝酸钴，醋酸钴，硫酸钴和四氧化三钴中的一种或多种。

可选地，所述的制备方法，其中，所述锂源选自氢氧化锂、醋酸锂、硝酸锂和碳酸锂中的一种或多种。

可选地，所述的制备方法，其中，所述水溶液中，所述碳源的加入量为所述粉末状钴酸锂基体材料质量的1-40％；所述硅源的加入量为所述粉末状钴酸锂基体材料质量的1-5％。