[发明专利]掺铝碳酸钴、掺铝四氧化三钴、制备方法、正极材料、锂离子电池

说明书

本申请提供掺铝碳酸钴、掺铝四氧化三钴、制备方法、正极材料、锂离子电池，涉及新能源技术领域。该掺铝碳酸钴包括掺铝碳酸钴内核、掺铝碳酸钴中间层和掺铝碳酸钴外层，掺铝碳酸钴内核和掺铝碳酸钴外层的振实密度、松装密度及孔隙率的差异更小，材料在后续烧结为四氧化三钴的制备过程中更稳定。本申请的掺铝碳酸钴的中间层孔隙多，呈疏松结构，在四氧化三钴烧结过程中，可作为掺铝碳酸钴内核和掺铝碳酸钴外层的缓冲层，可减少烧结成四氧化三钴的过程中出现内外应力不均衡造成球体开裂的情况。

技术领域

本申请涉及新能源技术领域，尤其涉及掺铝碳酸钴、掺铝四氧化三钴、制备方法、正极材料、锂离子电池。

背景技术

数码3C设备目前常采用锂电池作为其动力源，充电电压和容量是锂电池的重要指标，钴酸锂作为正极材料的锂电池的应用越来越广泛，如何提升钴酸锂材料锂电池的工作电压和容量，成为了各正极材料厂面临的巨大挑战之一。

碳酸钴通过烧结可制备得到四氧化三钴。四氧化三钴作为钴酸锂的前驱体，其性能直接影响到钴酸锂性能。现有技术中，为提升钴酸锂的容量，常采用掺杂铝元素的方式，铝含量越高，其容量的提升越大，但与之相应的，铝元素容易出现富集，导致分布不均，影响容量；其次，在制备掺铝碳酸钴的过程中，采用传统包覆的方式会形成多个界面，界面两侧的碳酸钴致密度不一致，会导致碳酸钴在烧结成四氧化三钴时发生开裂，进而影响电池的化学性能。

发明内容

本申请的目的在于提供掺铝碳酸钴和掺铝四氧化三钴，旨在解决现有碳酸钴在烧结成四氧化三钴时发生开裂，影响电池化学性能的问题。

为实现以上目的，本申请提供一种掺铝四氧化三钴，掺铝四氧化三钴为核壳结构，包括：

掺铝四氧化三钴内核，掺铝四氧化三钴内核孔隙率为3％～7％；

掺铝四氧化三钴中间层，掺铝四氧化三钴中间层包裹掺铝四氧化三钴内核，掺铝四氧化三钴中间层的孔隙率为15％～25％；

掺铝四氧化三钴外层，掺铝四氧化三钴外层包裹掺铝四氧化三钴中间层，掺铝四氧化三钴外层的孔隙率为10％～20％；

其中，掺铝四氧化三钴掺铝四氧化三钴的整体孔隙率为10％～20％。

优选地，掺铝四氧化三钴满足如下E～J特征中的至少一个：

E.掺铝四氧化三钴中的掺铝量为0.5％～0.8％；

F.掺铝四氧化三钴的粒径D50为15.0～20.0μm；

G.掺铝四氧化三钴的整体振实密度为2.5～3.0g/cm³；

H.掺铝四氧化三钴的整体松装密度为1.3～1.5g/cm³；

I.掺铝四氧化三钴的比表面积为1.0～3.5m²/g；

J.掺铝四氧化三钴的XRD图谱中的100面半峰宽为0.18-0.19。

优选地，掺铝四氧化三钴内核包括如下特征a～b中的至少一个：

a.掺铝四氧化三钴内核的直径为8～12μm；

b.掺铝四氧化三钴内核的一次颗粒形状为块状，掺铝四氧化三钴内核的块状一次颗粒呈无序排布；

掺铝四氧化三钴中间层包括如下特征c～d中的至少一个：

c.掺铝四氧化三钴中间层包裹掺铝四氧化三钴内核的厚度为1～3μm；

d.掺铝四氧化三钴中间层的一次颗粒形状为条状，掺铝四氧化三钴中间层的条状一次颗粒无序排布；

掺铝四氧化三钴外层包括如下特征e～f中的至少一个：