[发明专利]一种钴酸锂材料及其制备方法、正极片、锂离子电池

说明书

本发明属于电极材料技术领域，尤其涉及一种钴酸锂材料及其制备方法、正极片、锂离子电池，包括钴酸锂内核和包覆在钴酸锂内核的外表面的包覆层，所述包覆层包括锂铌氧化物和四氧化三钴。本发明的一种钴酸锂材料，利用高温固相反应，在钴酸锂表面原位形成均匀性好的包覆层，具有致密且结构稳定的包覆层，包覆均匀性好，离子导电性良好，有效改善正极材料的倍率和循环性能。

技术领域

本发明属于电极材料技术领域，尤其涉及一种钴酸锂材料及其制备方法、正极片、锂离子电池。

背景技术

近年来，迅速发展的储能设备、电动交通工具、移动通讯终端等，对锂离子电池的能量密度和循环性能要求越来越高。钴酸锂因其高能量密度、长循环寿命和高压实密度，是目前最具有发展前景的锂离子电池正极材料之一。

随着钴酸锂的应用电压体系升高，钴酸锂可脱嵌锂离子的比例越来越高，ED优势愈加明显，但高电压下材料晶体结构的不稳定也逐渐体现出来，主要表现在高电压下循环稳定性显著恶化。研究发现，当钴酸锂电压到达4.5V左右时，钴酸锂将发生O₃→H_1-3→O₁的相变，晶胞参数沿着c轴剧烈收缩，导致材料动力学性能变差，内阻增大；此外，高电压下，材料表面的氧原子和Co原子活性变高，钴酸锂和电解液的副反应加剧，导致Co溶出和氧气释放，最终钴酸锂颗粒出现微裂纹甚至破碎。众多研究表明表面包覆可以有效改善正极材料表面结构稳定性和锂离子扩散系数，从而提高材料的循环稳定性。

目前，金属氧化物(Al₂O₃、MgO、TiO₂、ZrO₂、La2O₃、Y₂O₃等)、金属氟化物(ZrF₃、LaF₃、AlF₃等)、磷酸盐(AlPO₄、Li₃PO₄、YPO₄、LaPO₄等)等材料被广泛用于钴酸锂包覆改性。相关研究结果表明，其改善机理是通过包覆材料避免钴酸锂与电解液直接接触，抑制材料表面的SEI膜生长，降低阻抗、稳定材料结构，从而达到改善材料循环稳定性的效果。上述的包覆改性存在包覆均匀性差和离子导电性差这两大问题，不利于高电压下钴酸锂的循环稳定性。

尽管已有研究报道采用快离子导体(LATP、LLZO等)可提升钴酸锂包覆表界面的锂离子扩散，但其大多采用快离子导体和钴酸锂混合的方式，未能形成稳定均匀的包覆层。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种钴酸锂材料，具有致密且结构稳定的包覆层，包覆均匀性好，离子导电性良好。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种钴酸锂材料，包括钴酸锂内核和包覆在钴酸锂内核的外表面的包覆层，所述包覆层包括锂铌氧化物和四氧化三钴。

使用锂铌氧化物和四氧化三钴共同形成致密且结构稳定的包覆层，包覆均匀性好，有效地避免钴酸锂基体和电解液接触，从而避免副反应的生成，而且制备出的钴酸锂材料离子导电性良好，提高电池的电化学性能。优选地，包覆层的厚度为50～250nm。包覆层的厚度过厚时，容易影响锂离子的迁移速率，从而影响导电性。包覆层的厚度过薄时，包覆层的结构稳定性较差，容易破损导致钴酸锂与电解液接触生产副反应。

本发明的目的之二在于：针对现有技术的不足，而提供一种钴酸锂材料的制备方法，通过高温固相反应，在钴酸锂表面原位形成致密性好、均匀性好且结构稳定的包覆层，制备出钴酸锂具有良好的离子导电性和循环稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种钴酸锂材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将钴酸锂和醇溶液混合，分散得到钴酸锂的醇溶液；