[发明专利]一种导电高分子材料包覆钴酸锂的正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，尤其涉及一种导电高分子材料包覆钴酸锂的正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子正极材料钴酸锂LiCoO₂是最早实现工业化的锂电池正极材料，生产工艺成熟，因其工作电压高、放电平稳、循环好安全性高、合成工艺简单的优势，在正极材料市场上具有重要的地位，广泛用于3C数码和电动工具等领域。

随着移动电子设备朝着小型化、轻薄化发展，对输出能量密度提出更高的要求，常规的钴酸锂已经无法满足需要。通过提高钴酸锂的充电电压和材料的极片压实密度来提升电池的体积能量密度是两个重要技术手段，充电截止电压的提升意味着提高嵌锂/脱锂量，使得能量密度得到提高，然而由于微观结构等因素，Li_1-xCoO₂脱嵌系数必须满足x≤0.5，否则过多的锂脱嵌会使材料内部结构发生坍塌，容量迅速下降，循环性能也随之急剧下降。虽然钴酸锂具有274mAh/g的理论容量，但是深度放电会导致结构的坍塌，这样的结构特点就决定了钴酸锂只有在4.3V的条件下是最稳定的，而在高电压下(4.3V以上)，钴酸锂的结构发生不可逆相变和Co的溶解，产生坍塌现象，电池的循环性和热稳定性、安全性能变差。因此如何提高钴酸锂在高电压下的结构稳定性成为领域内亟待解决的问题。另一方面，电池厂家一味追求电池的体积能量密度，所以极片压实密度的要求一步步提高，这样就导致钴酸锂颗粒在极片滚压下出现层状结构裂化现象，加剧了材料结构坍塌，不利于材料循环性能的发挥。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种导电高分子材料包覆钴酸锂的正极材料及其制备方法，旨在解决现有钴酸锂在高电压下结构稳定性不佳、材料循环性能较差的技术问题。

一方面，所述导电高分子材料包覆钴酸锂的正极材料的制备方法包括下述步骤：

S1、将钴源、锂源、含金属元素M的掺杂剂按比例混合均匀，然后进行一次烧结，破碎过筛后得到钴酸锂基体；

S2、将所述钴酸锂基体与纳米氧化铝混合，然后按照一定速度进行球磨，取出球磨后的物料；

S3、将球磨后的物料置于去离子水中，加入对甲苯磺酸钠，搅拌后加入吡咯单体，然后在冰水浴中继续搅拌，再加入铁盐溶液，反应一段时间后离心洗涤，然后干燥处理，最终得到聚吡咯-氧化铝复合材料包覆钴酸锂的正极材料。

进一步的，步骤S3中，将球磨后的物料先进行包覆二次烧结处理，得到二次烧结钴酸锂基体，再将所述二次烧结钴酸锂基体置于去离子水中。

进一步的，所述钴源为四氧化三钴和/或氢氧化钴，所述锂源为碳酸锂，所述含金属元素M的掺杂剂为Ni、Mn、Al、Mg、Ti中至少一种元素的氢氧化物、氧化物、醋酸盐或铵类物质。

进一步的，步骤S1中，所述钴源、锂源、掺杂剂按比例加至混合机中进行均匀混合，然后装填进炉一次烧结后破碎过筛，得到钴酸锂基体，一次烧结的烧结温度为1030～1100℃，得到的钴酸锂基体为结晶完整的钴酸锂颗粒。

进一步的，步骤S2中，所述钴酸锂基体与纳米氧化铝置于球磨罐中混合，按照300转/分钟的速度进行球磨1-2h。

进一步的，步骤S3中，将球磨后的物料置于去离子水中，加入对甲苯磺酸钠，用玻璃棒搅拌15-20分钟后加入吡咯单体，然后在0-5℃的冰水浴中磁力搅拌，搅拌30-60分钟后加入氯化铁溶液，并在冰水浴环境下反应300-600分钟，离心洗涤，然后放置真空干燥箱内进行干燥处理，最终得到聚吡咯-氧化铝复合材料包覆钴酸锂的正极材料。

进一步的，所述纳米氧化铝和对甲苯磺酸钠是作为聚吡咯的掺杂，并且纳米氧化铝与吡咯单体的摩尔比为1:2，甲苯磺酸钠与吡咯单体的摩尔比不小于1:1。

进一步的，使用的氯化铁溶液作为氧化剂，其与吡咯单体的摩尔比为1:0.5，氯化铁溶液浓度为5～10×10^-4mol/L。

进一步的，所述钴酸锂基体Li_1+x(CoM)O₂的掺杂金属元素M与钴的摩尔计数百分比M/Co＝0～1mol％，0<x<0.04。

进一步的，最终得到聚吡咯-氧化铝复合材料中铝元素与钴酸锂基体的重量比为500～3000ppm。

另一方面，所述导电高分子材料包覆钴酸锂的正极材料，其特征在于，所述正极材料采用上述方法制备得到。