[发明专利]一种Al梯度型掺杂钴酸锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Al梯度型掺杂钴酸锂正极材料及其制备方法，该制备方法包括：步骤1、制备Al梯度型掺杂四氧化三钴前驱体；步骤2、将Al梯度型掺杂四氧化三钴前驱体、锂源和掺杂剂多次混合，进行第一次烧结，得到Al梯度型掺杂钴酸锂内核材料；步骤3、将Al梯度型掺杂钴酸锂内核材料和包覆剂多次混合，进行第二次烧结，得到Al梯度型掺杂钴酸锂正极材料。本发明制备的Al梯度型掺杂钴酸锂正极材料在常温4.5V测试条件下，50次充放电循环后保持率可达93％以上，具有良好的循环性能。

技术领域

本发明属于新能源电池领域，具体涉及一种Al梯度型掺杂钴酸锂正极材料及其制备方法。

背景技术

钴酸锂作为正极材料理论比容量可以达到274mAh/g，拥有高的压实密度，并且随着放电平台的提高，钴酸锂电池的放电容量也随之提高，这种特性可以满足目前市场上对电子产品长待机时间、平板化设计的要求。但是钴酸锂电池随着放电平台的提高，在充放电反应过程中会使锂离子在晶格结构中不可逆地脱出，造成材料的结构不稳定；另外反应过程中高价钴离子与电解液反应会破坏其表面原有的层状结构，造成反应过程中锂离子在钴酸锂内部和外部的脱嵌速度不同，以至钴酸锂内外结构相变的程度不同，即在重复充放电的脱嵌锂反应后，钴酸锂表面电荷分布不均匀，内部应力释放不同，进一步导致正极材料结构的不稳定性加剧；这些因素会导致电池容量下降，循环寿命变短，安全性能降低，使钴酸锂电池的优势大大降低。

目前有效的正极材料改性方法包括前驱体改性制备、元素掺杂与包覆等手段，以此来解决正极材料在电池充放电过程中结构不稳定等问题。但是目前这些改性方法的操作复杂且不易控制。

因此，亟需一种工艺简单、便于工业化生产的制备高性能正极材料的方法。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种Al梯度型掺杂钴酸锂正极材料及其制备方法。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供一种Al梯度型掺杂钴酸锂正极材料的制备方法，其包括以下步骤：

步骤1、制备Al梯度型掺杂四氧化三钴前驱体；

步骤2、将Al梯度型掺杂四氧化三钴前驱体、锂源和掺杂剂多次混合，进行第一次烧结，得到Al梯度型掺杂钴酸锂内核材料；

步骤3、将Al梯度型掺杂钴酸锂内核材料和包覆剂多次混合，进行第二次烧结，得到Al梯度型掺杂钴酸锂正极材料。

第二方面，本发明提供一种根据第一方面制备的Al梯度型掺杂钴酸锂正极材料。

第三方面，本发明提供一种第一方面的方法制备的或第二方面的Al梯度型掺杂钴酸锂正极材料的应用，优选用于锂电池材料、超级电容器或传感器中。

本发明一种Al梯度型掺杂钴酸锂正极材料及其制备方法所具有的有益效果为：

(1)本发明以Al梯度型掺杂四氧化三钴前驱体为钴源，能够保证钴酸锂正极材料在反应过程中内外部锂离子脱嵌反应速度的均匀性，避免应力释放不均匀造成的结构破坏，保证钴酸锂正极材料的稳定性，从而保持电池的高容量和较好的循环性能；

(2)本发明对Al梯度型掺杂四氧化三钴前驱体进行掺杂改性，能够改善钴酸锂正极材料的稳定性和电子电导性，然后进一步进行表面包覆改性，能够压制电池在高压下副反应的发生，从而提高电池的电容发挥；

(3)本发明的Al梯度型掺杂钴酸锂正极材料在常温4.5V测试条件下，50次充放电循环后保持率可达93％以上，具有良好的循环性能；

(4)本发明的制备方法步骤简单、成本低廉，易于工业化和产业化。

附图说明

图1a)示出本发明实施例1中Al梯度型掺杂四氧化三钴前驱体的SEM图；