[發明專利]一種核殼結構鈷酸鋰材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201611161590.1
• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN108232127A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 魏衛;白珍輝;高利亭;盧興華;朱曉沛;吳劍文;周宏寶;周玉林;江衛軍;蘇迎春
• 申請（專利權）人: 天津國安盟固利新材料科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京康思博達知識產權代理事務所(普通合伙) 11426
• 代理人: 劉冬梅;路永斌

本發明公開了一種核殼結構鈷酸鋰材料及其制備方法，所述材料的核和殼均以鈷酸鋰為基體，在核中任選地摻雜有摻雜元素A，在殼中摻雜有摻雜元素X，其中，所述摻雜元素X在殼中的重量百分比大于摻雜元素A在核中的重量百分比。所述方法如下：1、將鋰源、鈷源和摻雜物A’混合，然后依次煅燒、粉碎和過篩，得到核基體材料；2、將鋰源、鈷源和摻雜物X’混合，得到殼前驅體；3、將殼前驅體與核基體材料混合，然后進行熱處理，得到核殼結構鈷酸鋰材料。所述核殼結構鈷酸鋰材料的結構新穎，核和殼是同一種基體材料，只是摻雜量略有差異，核殼之間很好的過度融合在一起的，在充放電過程中不會發生裂紋或粉化的情況；本發明所述方法簡單、易于工業化生產。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，尤其涉及鈷酸鋰材料，特別地，涉及一種核殼結構鈷酸鋰材料及其制備方法。

背景技術

鈷酸鋰(LiCoO₂)材料具有電壓高，比容量高等優點，是3C類電子產品中應用最普遍的材料，目前市場中使用的鈷酸鋰對于提高體積能量密度有著迫切的愿景。而提高體積能量密度的兩個途徑：一是提高鈷酸鋰的壓實密度，二是提高鈷酸鋰的使用電壓。提高壓實密度在目前的電池制作體系中可發揮的空間已經相當有限，所以要提高鈷酸鋰的體積能量密度，只有通過提高使用電壓。但是，鈷酸鋰材料為層狀結構，這種結構在高電壓下充放電過程中，容易出現鋰深度脫出，故而使層狀結構變形，電池的循環性能、高溫性能和安全性能就會急劇的惡化。所以，提高電壓最關鍵的是提高LiCoO₂材料的結構穩定性。

在現有技術中，為了提高鈷酸鋰材料的結構穩定性，會在鈷酸鋰材料內摻雜一些元素，但是這些摻雜的物質是沒有電化學活性的，其在材料內部會導致材料克容量的降低。還有一種方式是在鈷酸鋰表面設置包覆層，所述包覆層不能與內部的鈷酸鋰材料完全相容，這樣，包覆層會導致倍率性能差，電池內阻大等缺點，這跟我們提高鈷酸鋰材料體積能量密度的初衷是相悖的。

發明內容

為了解決上述問題，本發明人進行了銳意研究，制備了一種核殼結構鈷酸鋰材料，里面的核結構是不摻雜或者少量摻雜的鈷酸鋰材料，外面的殼結構是摻雜量較多或者摻雜元素種類較多的鈷酸鋰材料。由于核和殼是同一種基體材料，只是摻雜量略有差異，所以核殼之間不存在界面是很好的過度融合在一起的。這種核殼結構的鈷酸鋰材料不僅會提高LiCoO₂材料在高電壓下的結構穩定性，而且能在穩定結構的同時使容量發揮到最大，保持好的倍率性能和優良的電導率，從而完成本發明。

本發明一方面提供了一種核殼結構鈷酸鋰材料，具體體現在以下方面：

(1)一種核殼結構鈷酸鋰材料，其特征在于，所述材料的核和殼均以鈷酸鋰為基體，在核中任選地摻雜有摻雜元素A，在殼中摻雜有摻雜元素X，其中，

所述摻雜元素A和摻雜元素X可以相同也可以不同；

所述摻雜元素X與殼的重量百分比大于所述摻雜元素A與核的重量百分比。

(2)根據上述(1)所述的材料，其中，所述摻雜元素A和所述摻雜元素X分別獨立地選自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中的一種或多種。

(3)根據上述(1)或(2)所述的材料，其中，

所述摻雜元素A占核的重量百分比為0～3wt％，優選為0.001～2wt％，更優選為0.01～1wt％(；和/或

所述摻雜元素X占殼的重量比為0.01～5wt％，優選為0.3～3wt％，更優選為0.9～1.5wt％。

(4)根據上述(1)至(3)之一所述的材料，其中，所述殼與所述核的重量比為(0.5～35):100，優選為(1～20)：100，更優選為(2～15)：100。