[发明专利]一种钴酸锂正极材料、制备方法、正极片及其电池

说明书

本发明公开了一种钴酸锂正极材料、制备方法、正极片及其电池，钴酸锂正极材料包括钴酸锂基体和磷酸钴锂包覆层，磷酸钴锂包覆层包覆在钴酸锂基体上。本发明的钴酸锂正极材料具有磷酸钴锂包覆层，磷酸钴锂有更高的能量密度和平台电压，结构稳定，以磷酸钴锂作为包覆层能够有效抑制高电压条件下钴酸锂与电解液的副反应、降低充放电过程中钴酸锂晶体结构形变，提高正极材料的结构稳定性。

技术领域

本发明涉及钴酸锂正极材料技术领域，尤其涉及一种钴酸锂正极材料、制备方法、正极片及其电池。

背景技术

钴酸锂是目前市场上应用最为广泛的正极材料之一，其具有作电压高、放电平稳、比能量高、循环性能好等优点。为了追求更高的体积能量密度，高压实密度的正极材料成为了重中之重，钴酸锂具有较好的压实密度：4.1-4.3g/cm³。以及较高的工作电压。但是钴酸锂的能量密度仍较低，虽然理论容量达到274mAh/g，但是实际只能发挥170mAh/g(4.5Vvs.Li/Li⁺)的容量，这远低于使用目标。为了提高钴酸锂的克容量，需要提高电池的截止电压。现在钴酸锂/石墨电池的截止电压已经从最初的4.2V提升到了4.45V，体积能量密度提升很多，但还是难以满足消费者的一个需求，探索更高能量密度的正极材料是非常有必要的。

钴酸锂工作电压为4.2V的时候，大约有50％的锂离子从钴酸锂材料中脱离出来，因此只能发挥50％的理论容量。这主要是因为钴酸锂脱锂量超过50％之后，钴酸锂的结构会变得不稳定，从而产生容量衰退。此外，当充电到高电压时，由于高价钴带来的强氧化性，钴酸锂颗粒和电解液界面之间会产生一系列的副反应，进而导致不可逆的钴元素的溶出。因此，亟需提供一种高电压下结构更稳定的钴酸锂正极材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种钴酸锂正极材料、制备方法、正极片及其电池，高电压下结构更稳定。

本发明公开了一种钴酸锂正极材料，钴酸锂正极材料包括钴酸锂基体和磷酸钴锂包覆层，磷酸钴锂包覆层包覆在钴酸锂基体上。

可选地，磷酸钴锂包覆层与钴酸锂基体的质量比为1-5％。

可选地，磷酸钴锂包覆层为磷酸钴锂。

本发明还公开了一种钴酸锂正极材料制备方法，用于制备如上述的钴酸锂正极材料，包括步骤：

将钴源和锂源按比例混合研磨,得到钴酸锂前驱体；

在气氛保护环境下，对钴酸锂前驱体加热处理，得到钴酸锂粉末；

将钴酸锂粉末分散在含有钴离子和磷酸根离子的混合溶液中，加入锂盐溶液，持续搅拌并加热蒸干，得到具有磷酸钴锂包覆层的钴酸锂正极材料。

可选地，将钴酸锂粉末分散在含有钴离子和磷酸根离子的混合溶液中，加入锂盐溶液，持续搅拌并加热蒸干，得到具有磷酸钴锂包覆层的钴酸锂正极材料的步骤具体为：

将钴酸锂粉末分散在含有钴离子和磷酸根离子的混合溶液中，持续搅拌，同时逐渐加入锂盐溶液后持续搅拌，然后将混合溶液初步蒸干，以使钴离子、磷酸根离子和锂盐成分裹附在钴酸锂上；

在气氛保护环境下，对具有裹附结构的钴酸锂加热处理，自然冷却后得到具有磷酸钴锂包覆层的钴酸锂正极材料。

可选地，制备方法还包括步骤：

取金属盐溶解于去离子水中,搅拌得到金属盐溶液；

在金属盐溶液中加入磷酸盐，搅拌后，得到含有钴离子和磷酸根离子的混合溶液。

可选地，混合溶液的持续搅拌时间为4-6h，搅拌速度为100-500r/min，搅拌温度为40-60℃。

可选地，加入锂盐溶液后持续搅拌的搅拌时间为4-10h，搅拌速度为200-600r/min，持续搅拌温度为30-100℃。