[发明专利]一种钴酸锂正极材料的制备方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种钴酸锂正极材料的制备方法。

背景技术

汽车工业的迅速发展，推动了全球机械、能源、交通等产业的进步和发展，但燃油汽车在造福人类的同时，尾气排放也给人类居住环境造成了严重污染。环保和能源短缺的要求带动了电动汽车(EV)及动力电池的发展。目前电动车存在的主要问题在于价格、续驶里程、动力性能等方面，而这些问题都与电池技术密切相关，电池技术和电池材料的研究开发将对其发展起决定性作用，因而寻找开发高比能量、价格便宜、安全可靠的正极材料对动力电源用锂离子电池的开发具有非常重要的意义。

对于锂二次电池用正极活性材料，广泛使用含锂的钴氧化物(LiCoO₂)。另外，可还使用含锂的锰氧化物如具有层状晶体结构的LiMnO₂、具有尖晶石晶体结构的LiMn₂O₄等以及含锂的镍氧化物(LiNiO₂)。

LiCoO₂是目前商业化锂离子电池的主要正极材料，但是它存在价格昂贵、不利于环保，比容量低等缺点。LiNiO₂掺杂Co元素的正极材料同时具有了LiNiO₂材料较高的放电比容量，又稳定了材料的层状结构，增强了材料的循环稳定性，但是这种材料也存在耐过充能力差、热稳定性较差、首次放电不可逆容量较高等缺陷。

发明内容

本发明提供一种钴酸锂正极材料的制备方法，使用该方法制备的正极材料，具有较好的导电性和循环性能，具有较高的比容量和较长的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明提供一种钴酸锂正极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

（1）制备钴酸锂材料

该钴酸锂材料的化学式为LiCo_{1-x-yFexAlyO2}，其中：x=0.15-0.2，y=0.2-0.3，按照上述化学式中的Li、Fe、Co的摩尔量称取碳酸锂、乙酸铁和氧化钴，以适量的水和乙醇为分散介质，对称取的原料进行湿法球磨混料，得到混合好的浆料；

将混合好的浆料进行喷雾干燥，将干燥料在热处理气氛为空气混合气中升温作预热处理，升温速率为10-15℃/min，保温范围为500-550℃，保温时间为4-6h，得到预烧料，将预烧料粉碎，得到钴酸锂材料；

（2）制备正极活性材料包覆液

在醇类溶剂中加入磷酸酯类化合物，得到磷酸酯溶液；

在该磷酸酯溶液中加入铝盐，该铝盐溶于该醇类溶剂，并与该磷酸酯类化合物反应得到均相的澄清溶液，反应温度为40-80℃，反应时间为2-5小时；

加入酸度调节剂调节该均相的澄清溶液的pH值至6-7，酸度调节剂可以为氨水、碳酸氢铵、碳酸铵、醋酸铵、吡啶及三乙胺中的一种或一种以上，该酸度调节剂总的加入量按照N:Al摩尔比为1:1-6:1称取得到该正极活性材料包覆液；

（3）包覆

将所述钴酸锂正极材料与该正极活性材料包覆液混合均匀，得到一固液混合物；以及

将该固液混合物干燥并烧结，该干燥可为常温自然晾干或加热烘干，只要去除该混合物中的溶剂即可，所述加热烘干的温度优选为60-100℃。所述烧结在空气中进行，使该包覆前驱物中的有机基团去除，生成该包覆层。该烧结温度为450-750℃，烧结时间为5-8小时，得到正极复合材料，该正极复合材料包括正极活性材料及包覆在该正极活性材料表面的包覆层。

优选的，该醇类溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇及异丙醇中的一种或一种以上的复合溶剂，该磷酸酯类化合物通式可以为A_nP(O)(OH)_m，其中A为与该醇类溶剂分子对应的碳氧基团，即甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基及异丙氧基中的至少一种，n=1-3，m=0-2，m+n=3；磷酸酯类化合物与醇类溶剂的质量比为1:5-1:25。

优选的，铝盐为氯化铝、硝酸铝、异丙醇铝及乳酸铝中的一种或一种以上。该醇溶性铝盐总的加入量与醇类溶剂质量比优选为1:10-1:20。

本发明在钴酸锂中掺杂Fe和Al来改性以提高物质活性。本发明中的正极活性材料包覆液为一均相澄清溶液，可以较容易地在钴酸锂颗粒表面均形成包覆层，使每个钴酸锂颗粒表面完全被包覆层包覆，进一步提高其导电性能和循环稳定性。因此该本发明制备的钴酸锂正极材料在用于锂离子电池时，具有较高的首次放电可逆容量和较长的使用寿命。

具体实施方式

实施例一