[发明专利]一种钴酸锂前驱体、正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钴酸锂前驱体、正极材料及其制备方法，包括以下步骤：(1)配置基底材料CoO_xR_y与M金属盐溶液的混合液A，搅拌均匀，其中0x2，0≤y0.05；(2)配置金属盐化合物的水解溶液B并混合均匀；(3)将溶液B滴加至溶液A中，缓慢搅拌，让金属盐化合物充分水解并均匀包覆在前驱体表面，将上述溶液抽滤、洗涤、烘干得到MOn包覆的CoO_xR_y前驱体粉末。采用上述前驱体制备得到的正极材料可以提高锂离子电池高电压下的倍率性能、循环稳定性能、容量保持率以及安全性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种钴酸锂前驱体、正极材料及其制备方法。

背景技术

钴酸锂(LiCoO₂)作为最早商业化的锂离子电池正极材料，具有最成熟的工艺技术，且具有优异的材料密度和压实密度，使用该正极材料的锂离子电池具有最高的体积能量密度，因此钴酸锂是消费电子用锂离子电池中应用最广泛的正极材料。

近年来，随着消费类电子产品的小型化、轻薄化发展，迫切需要进一步提升锂离子电池体积能量密度。为满足市场需求，钴酸锂正极材料正沿着高电压(4.4V)方向发展，开发下一代更高电压的LiCoO₂材料已经成为科研界及企业共同关注的热点。然而随着充电电压的提高，更多锂离子从钴酸锂晶体结构中脱出，逐渐产生不可逆相变和晶格脱氧，导致晶体结构不稳定，结构发生坍塌，热稳定性变差。同时高脱锂状态下的LiCoO₂具有强氧化性，易与电解液发生副反应，材料表面稳定性降低，导致一系列宏观电池失效行为。以上问题严重制约着高压钴酸锂材料的发展与应用。

目前提高钴酸锂在高电压下的循环稳定性和安全性能，主要通过掺杂和表面包覆的方式来优化钴酸锂颗粒的结构稳定性和循环、倍率等电化学性能。专利CN110277539A通过Al、Mg等元素的体相、表面掺杂以及Al₂O₃、Y₂O₃等化合物的表面包覆相结合同时优化LiCoO₂材料体相与表面的结构稳定性，从而提升锂离子电池高电压下的循环稳定性及热稳定性。然而，惰性材料的使用，会减少活性物质的含量，同时增加锂离子传输阻力，导致钴酸锂正极材料的容量、倍率性能下降。专利CN109524618A报道了一种具有四方晶体结构的CeCrO_4-z材料包覆钴酸锂，CeCrO_4-z具有非化学计量特征，可以作为氧的储库，使氧原子具有高迁移性，使LiCoO₂正极材料具有高的电子和离子导电性。又如专利CN109786681A公开了一种具有导电性包覆层的锂离子电池正极材料，包覆层由纳米In₂O₃和Li₂B₄O₇复合层组成，二者协同作用使锂离子电池正极材料同时兼具良好的离子导电性和电子导电性，提升了正极材料的倍率性能。

此外，有专利CN109802133A对钴酸锂前驱体进行包覆改性，在钴酸锂前驱体的合成过程中加入金属氧化物或金属盐，以获得表面具有金属氧化物包覆层的钴酸锂前驱体，可以有效增加钴酸锂与包覆层之间的“粘结性”，从而改善钴酸锂正极材料的电性能，但是该惰性包覆材料同样会降低钴酸锂材料的容量倍率性能，对钴酸锂改善效果有限，无法满足市场需求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种锂离子电池正极材料及其制备方法，该正极材料可以提高锂离子电池高电压下的倍率性能、循环稳定性能、容量保持率以及安全性能。

为了达到上述技术效果，本发明提供了如下技术方案：