[发明专利]一种梯度掺杂四氧化三钴材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种梯度掺杂四氧化三钴材料及其制备方法，所述方法包括将钴盐溶液与沉淀剂混合，得到预沉淀物A，再将含有掺杂元素的盐溶液加入上述反应体系，得到掺杂沉淀物B，最后对掺杂沉淀物B在特定温度下进行煅烧，得到梯度掺杂的四氧化三钴。本发明采用共沉淀方式来制备梯度掺杂四氧化三钴材料，制备方法简单，条件可控，便于工业化生产，制备得到的梯度掺杂四氧化三钴材料对提高正极材料的结构稳定性和电性能具有重大意义。

技术领域

本发明涉及新能源电池领域，特别涉及一种梯度掺杂四氧化三钴材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池与传统的二次电池如铅酸电池、镍镉电池、镍锰电池等相比，在比功率、能量密度及充放电性能方面有着明显的优势。而且，锂离子电池还有着循环寿命长、自动放电率低、“绿色”环保等优点，目前已广泛地应用于小型用电器中，并积极地向电动汽车、静置式备用电源和国防工业等方面发展。锂离子电池技术及性能的进一步提高，主要依赖于电池中各组分材料的改进开发及电池工艺的革新，正电极电料由于在电池成本中所占比重较大，其研究显得尤其重要。

LiCoO₂材料具有电压高，比容量高等优点，是3C类电子产品中应用最普遍的材料。目前市场对于提高锂离子电池的电压有迫切的愿景，而提高电压最关键的是提高LiCoO₂材料的结构稳定性。四氧化三钴是制备LiCoO₂材料的最主要的原料，其结构性能对LiCoO₂材料的结构稳定性有重要影响。由于LiCoO₂材料的制备过程中会很大的延续四氧化三钴的结构特点和理化性能，所以不掺杂或者常规的均匀掺杂合成的钴酸锂表面和内部结构完全一样，这种特点会导致：1、不掺杂四氧化三钴在高电压下由于电解液的腐蚀等因素结构不够稳定；2、均质掺杂的四氧化三钴所合成的LiCoO₂材料结构虽然在一定程度上增加了稳定性，但是会导致电池容量的降低。因此，理想的状况是四氧化三钴颗粒表层具有更高的元素掺杂浓度，从而有效的隔绝电解液与活性材料间的副反应，而颗粒内部的掺杂元素较少，以使整个材料内的掺杂元素含量总体较低，不过分降低电料电化学性能。

因此，对四氧化三钴材料进行梯度掺杂以改进正极材料结构稳定性并且不影响其电性能是目前值得关注的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：在设定的条件下得到钴的预沉淀物，再加入掺杂元素通过共沉淀得到掺杂沉淀物，最后对掺杂沉淀物进行适度烧结，即可获得沿着颗粒的半径方向从里到外掺杂浓度逐渐增大的四氧化三钴材料，其制备方法简单，反应过程可控，制备得到的梯度掺杂四氧化三钴材料可提高正极材料钴酸锂在高电压下的结构稳定性及其电性能，从而完成了本发明。

本发明的目的在于提供以下技术方案：

1.一种梯度掺杂四氧化三钴材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将钴盐溶液与沉淀剂混合，制备预沉淀物A；

步骤2，将含有掺杂元素的盐溶液加入上述反应体系，得到掺杂沉淀物B；

步骤3，对掺杂沉淀物B进行后处理，得到梯度掺杂的四氧化三钴。

2.根据上述1所述的制备方法，其中，步骤1中，将钴盐溶液与沉淀剂溶液加入反应容器中，搅拌，在设定温度下进行反应，得到预沉淀物A；所述钴盐溶液中钴的浓度为60g/L～100g/L，优选为70g/L～80g/L；

所述沉淀剂溶液中沉淀剂的浓度为100g/L～150g/L，优选为120g/L～130g/L；当沉淀剂为氢氧化钠和氨水时，所述沉淀剂溶液中氢氧化钠的浓度为80g/L～120g/L，氨水的浓度为20g/L～50g/L；当沉淀剂为碳酸钠和碳酸铵时，所述沉淀剂溶液中碳酸钠的浓度为80g/L～120g/L，碳酸铵的浓度为30g/L～60g/L。