[发明专利]一种核壳结构钴酸锂材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种核壳结构钴酸锂材料及其制备方法，所述材料的核和壳均以钴酸锂为基体，在核中任选地掺杂有掺杂元素A，在壳中掺杂有掺杂元素X，其中，所述掺杂元素X在壳中的重量百分比大于掺杂元素A在核中的重量百分比。所述方法如下：1、将锂源、钴源和掺杂物A’混合，然后依次煅烧、粉碎和过筛，得到核基体材料；2、将锂源、钴源和掺杂物X’混合，得到壳前驱体；3、将壳前驱体与核基体材料混合，然后进行热处理，得到核壳结构钴酸锂材料。所述核壳结构钴酸锂材料的结构新颖，核和壳是同一种基体材料，只是掺杂量略有差异，核壳之间很好的过度融合在一起的，在充放电过程中不会发生裂纹或粉化的情况；本发明所述方法简单、易于工业化生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及钴酸锂材料，特别地，涉及一种核壳结构钴酸锂材料及其制备方法。

背景技术

钴酸锂(LiCoO₂)材料具有电压高，比容量高等优点，是3C类电子产品中应用最普遍的材料，目前市场中使用的钴酸锂对于提高体积能量密度有着迫切的愿景。而提高体积能量密度的两个途径：一是提高钴酸锂的压实密度，二是提高钴酸锂的使用电压。提高压实密度在目前的电池制作体系中可发挥的空间已经相当有限，所以要提高钴酸锂的体积能量密度，只有通过提高使用电压。但是，钴酸锂材料为层状结构，这种结构在高电压下充放电过程中，容易出现锂深度脱出，故而使层状结构变形，电池的循环性能、高温性能和安全性能就会急剧的恶化。所以，提高电压最关键的是提高LiCoO₂材料的结构稳定性。

在现有技术中，为了提高钴酸锂材料的结构稳定性，会在钴酸锂材料内掺杂一些元素，但是这些掺杂的物质是没有电化学活性的，其在材料内部会导致材料克容量的降低。还有一种方式是在钴酸锂表面设置包覆层，所述包覆层不能与内部的钴酸锂材料完全相容，这样，包覆层会导致倍率性能差，电池内阻大等缺点，这跟我们提高钴酸锂材料体积能量密度的初衷是相悖的。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，制备了一种核壳结构钴酸锂材料，里面的核结构是不掺杂或者少量掺杂的钴酸锂材料，外面的壳结构是掺杂量较多或者掺杂元素种类较多的钴酸锂材料。由于核和壳是同一种基体材料，只是掺杂量略有差异，所以核壳之间不存在界面是很好的过度融合在一起的。这种核壳结构的钴酸锂材料不仅会提高LiCoO₂材料在高电压下的结构稳定性，而且能在稳定结构的同时使容量发挥到最大，保持好的倍率性能和优良的电导率，从而完成本发明。

本发明一方面提供了一种核壳结构钴酸锂材料，具体体现在以下方面：

(1)一种核壳结构钴酸锂材料，其特征在于，所述材料的核和壳均以钴酸锂为基体，在核中任选地掺杂有掺杂元素A，在壳中掺杂有掺杂元素X，其中，

所述掺杂元素A和掺杂元素X可以相同也可以不同；

所述掺杂元素X与壳的重量百分比大于所述掺杂元素A与核的重量百分比。

(2)根据上述(1)所述的材料，其中，所述掺杂元素A和所述掺杂元素X分别独立地选自B、Mg、Al、Mn、Ni、Ca、Zr、Cr、Ti、Cu、Zn、Y、Ce、Sm、Pr、La、Mo、Nb、Sn、Ga、V、F、Cl、Br、I和S中的一种或多种。

(3)根据上述(1)或(2)所述的材料，其中，

所述掺杂元素A占核的重量百分比为0～3wt％，优选为0.001～2wt％，更优选为0.01～1wt％(；和/或

所述掺杂元素X占壳的重量比为0.01～5wt％，优选为0.3～3wt％，更优选为0.9～1.5wt％。

(4)根据上述(1)至(3)之一所述的材料，其中，所述壳与所述核的重量比为(0.5～35):100，优选为(1～20)：100，更优选为(2～15)：100。