[发明专利]铝浓度梯度掺杂和钛包覆的四氧化三钴材料及其制备方法

说明书

本发明的铝浓度梯度掺杂和钛包覆的四氧化三钴材料的化学式为：Al_xTi_yCo_aO_b，其中，0.017＜x＜0.7，0.004＜y＜0.016，2.91＜a＜2.978，3.999＜b＜4.005。材料的制备方法包括以下步骤：将铝盐溶液通过计量泵打入空白水溶液，得到混合溶液；将钴盐溶液、混合溶液、碳酸氢铵溶液加入到反应釜中进行共沉淀反应，得到的含有连续梯度铝掺杂的碳酸钴与纳米二氧化钛进行高混包覆，得到的连续梯度铝掺杂与钛包覆的碳酸钴煅烧得到铝浓度梯度掺杂和钛包覆的四氧化三钴材料。本发明的材料均一性好、电化学性能优良、稳定性强、材料制备成的钴酸锂在高电压下具有高比容量和优秀的循环性能。

技术领域

本发明涉及电池材料前驱体生产领域，具体涉及铝浓度梯度掺杂和钛包覆的四氧化三钴材料及其制备方法。

背景技术

四氧化三钴是钴酸锂的主要原材料，主要应用于3C电子产品领域，其能量密度在一定程度上决定了锂离子电池的能量密度。为了在更小的空间释放出更高的能量，钴酸锂正朝着4.5-4.6V高电压的方向发展，高电压下能将更多的锂离子从晶体结构中脱出来，但是更多锂离子脱出后，材料的结构稳定性遭到了严重的破坏，从而导致循环性能急剧下降。

均匀掺杂铝的四氧化三钴所合成的LiCoO₂材料结构在一定程度上增加了稳定性，但会导致电池容量的降低。而连续梯度掺杂铝的钴酸锂由于内部铝含量的减少则会提高容量，同时表面铝含量的增加可以进一步的提高稳定性，减少与电解液的副反应。而金属的协同效应也广泛的应用于提高材料的性能上，在表面进行一层钛的包覆，有利于降低了钴酸锂在充放电过程中的极化，使材料具有更高的放电电压及更平稳的放电平台。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种铝浓度梯度掺杂和钛包覆的四氧化三钴材料及其制备方法，本发明的材料均一性好、电化学性能优良、稳定性强、钛均匀包覆四氧化三钴材料、材料制备成的钴酸锂在高电压下具有高比容量和优秀的循环性能。

本发明采用以下技术方案：

一种铝浓度梯度掺杂和钛包覆的四氧化三钴材料，其特征在于，所述材料的化学式为：Al_xTi_yCo_aO_b，其中，0.017＜x＜0.7，0.004＜y＜0.016，2.91＜a＜2.978，3.999＜b＜4.005。

一种基于上述的铝浓度梯度掺杂和钛包覆的四氧化三钴材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)配制钴盐溶液；钴盐溶液中钴离子的浓度为65g/L-195g/L；

(2)配制铝盐溶液；铝盐溶液中铝离子的浓度为0.7g/L-5.6g/L；

(3)配制空白水溶液，空白水溶液的pH与铝盐溶液的pH一致；

(4)将铝盐溶液通过计量泵打入空白水溶液，得到混合溶液；

(5)将钴盐溶液、混合溶液、碳酸氢铵溶液分别通过计量泵以并流的方式加入到反应釜中进行共沉淀反应，得到含有连续梯度铝掺杂的碳酸钴；加入反应釜中的钴盐溶液、混合溶液、碳酸氢铵溶液的体积比为(1-2)：(0.5-1.5)：(2-4)；混合溶液中铝盐溶液、空白水溶液的体积比为1:1；加入反应釜中的碳酸氢铵溶液的浓度为200g/L-260g/L；共沉淀反应的工艺条件为：反应的pH为7.0-7.2、反应温度为30℃-55℃、反应时间为60h-80h、反应转速为500rpm-800rpm；

(6)将步骤(5)中得到的含有连续梯度铝掺杂的碳酸钴与纳米二氧化钛进行高混包覆，得到连续梯度铝掺杂与钛包覆的碳酸钴；

(7)将步骤(6)得到的连续梯度铝掺杂与钛包覆的碳酸钴煅烧，得到铝浓度梯度掺杂和钛包覆的四氧化三钴材料。