[发明专利]钴酸锂正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种钴酸锂正极材料及其制备方法和应用。本发明的钴酸锂正极材料的粒度分布呈双峰分布，中值粒径为14～17μm，晶胞体积为单晶占比为50％～60％。本发明钴酸锂正极材料的粒径分布均匀，颗粒表面较为光滑，无明显团聚现象，粉体的晶粒尺寸得到明显的细化，晶胞体积大，且单晶的个数占比在适宜范围内，极大地改善了正极材料的结构及表面状态，压实密度有所提高，为材料的高能量密度提供了基础。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种钴酸锂正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池因高能量密度、高工作电压、长循环寿命而备受关注。目前，3C产品追求轻薄化、耐用化，这主要通过提高截止电压来提高钴酸锂电池的能量密度。然而，充电电压的提高，会使较多的锂离子从晶格中脱出引起不可逆结构相变；钴发生溶解并伴随着氧的脱出及产气的发生，这降低了材料的循环寿命和安全性，阻碍高电压钴酸锂的实际应用。掺杂和包覆是钴酸锂电池中使用最广泛的改进手段，掺杂可优化体相结构，抑制晶体结构相变；包覆可优化表面界面结构，抑制材料表面界面副反应，两种手段能提高电池的循环寿命。近年来，钴酸锂的充电电压由4.2V逐步升高到4.48V，甚至更高电压，这对改性手段提出了更高的要求。

现有技术中，液相掺杂及包覆工艺成本高、工艺复杂，常采用干法掺杂/包覆。常规的包覆方法制得的粉体材料往往发生团聚，充放电过程中容易发生极化，并且包覆物不均匀的分布在主体材料表面，材料不同批次生产的产品差异较大。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种钴酸锂正极材料，其粒径分布均匀，颗粒表面较为光滑，无明显团聚现象，具有较高强度和硬度，高的耐腐蚀性，且容量保持率高。

本发明的另一个目的在于提供一种钴酸锂正极材料的制备方法，该方法可改善正极材料的团聚现象，避免充放电过程中易发生极化的问题，可提高电池的循环稳定性。

本发明的另一个目的在于提供一种电池。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种钴酸锂正极材料，所述钴酸锂正极材料的粒度分布呈双峰分布，中值粒径为14～17μm，晶胞体积为单晶占比为50％～60％。

在一种实施方式中，所述钴酸锂正极材料包括钴酸锂基体、中间层和外表面层，所述钴酸锂基体中含有掺杂元素M，所述中间层含有第一包覆元素N，所述外表面层含有第二包覆元素X；

其中，所述掺杂元素M包括Al、Zr、Ti、Mg、W、Y、Mn、Eu和Sm中的一种或多种；

所述第一包覆元素N包括Al、Ti、Co、V、La、Zr、Mn、Ni、Re、Mo、Cd、P、S和卤素元素中的一种或多种；

所述第二包覆元素X包括Mg、Al、Y、Cu、Pb、Nb、Ti、Sc、Rb、Zr、Ca、B、Ac、Ir、Ta、Bi、V、Cr、Mn、Fe、Ni、La、Zn、Ru、Ce、W和Sn中的一种或多种。

一种钴酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(a)将第一钴源、第一锂源和第一添加剂的混合物进行第一煅烧处理，再依次进行第一液氮淬冷和自然冷却，破碎后得到第一物料，其中，所述第一添加剂选自含掺杂元素M的化合物；

(b)将第二钴源、第二锂源和第二添加剂的混合物进行第二煅烧处理，再依次进行第二液氮淬冷和自然冷却，破碎后得到第二物料，其中，所述第二添加剂选自含掺杂元素M的化合物；

(c)将步骤(a)得到的第一物料、步骤(b)得到的第二物料和第三添加剂的混合物进行第三煅烧处理，再进行第三液氮淬冷，破碎后得到第三物料，其中，所述第三添加剂选自含第一包覆元素N的化合物；