[发明专利]一种磷酸盐包覆钴酸锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于电池材料领域，具体公开了一种多金属磷酸盐包覆钴酸锂正极材料及其制备方法，本发明创造性地在钴酸锂正极材料基体的表面包覆多金属磷酸盐层，制备方法如下：在纯水中加入配制好的金属盐溶液和高分子化合物进行反应，分散后再加入钴酸锂水溶液，搅拌同时加热形成凝胶；将凝胶混匀后添加到机械融合振实机中完成对材料的包覆；最后较低温度快速高效烧结后随炉自然冷却，得到多金属磷酸盐包覆的钴酸锂正极材料。本发明的钴酸锂正极材料基体表面的包覆层为快离子导体，可以提高材料的倍率性能；还能够阻止电极与电解液之间的反应，减缓钴酸锂材料的容量衰减；同时本发明的技术可以有效降低成品的残锂量，提高其存储性能。

技术领域

本发明属于电池材料领域，更具体的，涉及一种磷酸盐包覆钴酸锂正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池商业化应用之后取得了迅速的发展，现已在3C数码电池和电动车等领域有了广泛的应用。正极材料是锂离子电池的核心部分，它的种类涵盖了钴酸锂、磷酸铁锂和三元材料等。其中钴酸锂具有较高的比容量、能量密度和功率密度。然而钴酸锂的电化学性能、热稳定性和结构稳定性仍需进一步提高，尤其是在高温以及高电压测试环境下。随着充电电压的提高，这些问题显得尤为突出，严重限制了材料的发展和应用。

为解决上述问题，现有技术主要是通过元素掺杂和包覆技术来进行改善。其中包覆技术主要是通过减少材料与电解液的反应面积，并借此来降低副反应的发生几率和钴溶出。到目前为止，比较常见的包覆物主要有TiO₂，Al₂O₃等氧化物。氧化物的包覆手段主要可分为干法包覆和湿法包覆两种，其中干法包覆工艺主要是将正极材料与包覆物直接混合，随后烧结而成，而湿法工艺是将正极材料在包覆前驱体中分散均匀，以期将包覆前驱体附着在材料表面，随后在烧结过程中转化为包覆层。尽管上述两种方法都取得了一定的效果，但是依然存在着如下问题需要解决：1、包覆层会导致正极材料的容量有所降低；2、包覆层的离子电导率较低，在后续电化学反应过程中会抑制锂离子的嵌入和释出，导致材料容量和倍率性能的降低。

快离子导体包覆是一种非常有效可行地解决以上问题的办法。快离子导体包覆在正极材料表面，作为保护层隔绝电解液与正极材料的直接接触，减少相关副反应，如减少钴溶出、形成更薄的SEI膜等，从而提高材料的电化学稳定性。快离子导体兼具高离子电导率和优异热稳定性，可以显著提高材料导电性，降低内阻，实现锂离子电池的快速充放电和高温循环性能。因此，快离子导体包覆改性对锂离子电池正极材料的性能改善意义重大。

目前，锂离子电池正极材料表面快离子导体包覆技术的研究有少量报道。现有文献和专利中，主要是湿法混合结合后期热处理的方法。如专利CN104332618A公开了湿法包覆法制备硼锂复合氧化物包覆三元镍钴锰酸锂正极材料的方法，具体的制备方法是在锂源和硼源的混合醇溶液中，加入镍钴锰酸锂材料，超声使之均匀分散，再加入分散剂，使材料充分浸润，蒸发溶剂后热处理得到表面包覆的材料，热处理后再随炉冷却。这类专利采用湿法混合结合后期热处理工艺带来的材料过滤、洗涤和烧结过程，工艺复杂，处理时间冗长，会造成生产效率降低和成本的升高。现有技术也存在快离子导体包覆分布不均匀和不能完全覆盖正极材料表面的问题，也影响快离子导体包覆对电化学性能的改善效果，性能提升效果仍有待改善。此外现有湿法包覆工艺的包覆层和基体材料结合不够紧密，容易脱落，材料在后续电化学过程中依然会发生结构相的转变，从而导致容量的降低。另外现有包覆锂盐的工艺容易导致正极材料表面残锂量偏高，容易与电解液发生副反应，影响其存储性能。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种磷酸盐快离子导体包覆钴酸锂正极材料，所述正极材料包覆均匀，包覆层不容易脱落和，具备良好的循环性能、倍率性能和存储性能。

本发明的另一个目的在于提供一种磷酸盐快离子导体包覆钴酸锂正极材料的制备方法。

为实现本发明目的，具体技术方案如下：