[發(fā)明專利]一種納米鋁溶膠包覆鈷酸鋰正極材料的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710821143.2
• 申請日: 2017-09-13
• 公開（公告）號: CN107611401A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 商士波;曹景超
• 申請（專利權(quán)）人: 桑頓新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/525;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 長沙楚為知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)43217
• 代理人: 李大為

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新能源材料制備，具體地說，涉及一種納米鋁溶膠包覆鈷酸鋰正極材料的制備方法。

背景技術(shù)

LiCoO₂因其具有能量密度高、制備簡單、較好的倍率性能以及循環(huán)性能等特點(diǎn)，仍然是目前商業(yè)化應(yīng)用最廣泛的鋰離子二次電池正極材料。在常規(guī)充電范圍2.8-4.2V內(nèi)，LiCoO₂的放電比容量僅有137mAh·g^-1，即僅有0.5mol的Li可以從LiCoO₂中脫出。隨著更高能量密度鋰離子二次電池的發(fā)展，更加需要提高LiCoO₂材料的可逆容量。提高LiCoO₂能量密度的一種有效的方式就是提高其充電電壓上限。

然而，當(dāng)充電截止電壓>4.3V時(shí)，LiCoO₂中鋰離子深度脫出后，貧鋰的六方相熱穩(wěn)定性變差，結(jié)構(gòu)很容易被破壞，且隨著鋰離子的不斷脫出Co³⁺被氧化成Co⁴⁺，強(qiáng)氧化性的Co⁴⁺加速電解液的分解，進(jìn)而導(dǎo)致Co的溶解，使電池循環(huán)性能變差，同時(shí)鋰離子過度脫出導(dǎo)致O的析出，使電池的安全性變差。LiCoO₂在高電壓條件下結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性以及容量的快速衰減極大程度限制了其進(jìn)一步的商業(yè)化應(yīng)用。

為了改善LiCoO₂正極材料在高電壓條件下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電化學(xué)性能，一種有效的方法是在LiCoO₂正極材料表面包覆一層氧化鋁。已有研究采用Al₂O₃表面包覆來提高材料的電化學(xué)性能，如申請?zhí)枮?01410319124.6的中國專利公布了采用氣相沉積法包覆氧化鋁的技術(shù)。然而該專利中采用有機(jī)鋁鹽為原料，同時(shí)該工藝在轉(zhuǎn)爐中使含鋁化合物汽化后再通入水蒸氣使含鋁化合物水解，這無疑增加了工序的復(fù)雜性和生產(chǎn)成本。申請?zhí)枮?01410329190.2的中國專利通過制備氣態(tài)氧化亞鋁的形成進(jìn)行包覆，工序復(fù)雜，成本高，且包覆效果并不好。

有鑒于此特提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種工藝更簡單、成本更低廉、包覆效果更好的鈷酸鋰正極材料包覆氧化鋁的制備方法，通過采用納米鋁溶膠為原料，通過本身的電荷自動(dòng)吸附并快速在鈷酸鋰表面形成一層納米含鋁化合物包覆層，最后通過低溫?zé)Y(jié)即可能到均勻包覆納米氧化鋁的鈷酸鋰正極材料。

一種納米鋁溶膠包覆鈷酸鋰正極材料的制備方法，包括以下步驟：

S1：鈷酸鋰粉末分散：將鈷酸鋰粉末加入到連續(xù)相中，并不斷攪拌均勻，得到含鈷酸鋰的分散液；

S2：包覆反應(yīng)：將稀釋的鋁溶膠加入到含鈷酸鋰的分散液中，持續(xù)攪拌，進(jìn)行包覆反應(yīng)，得到包覆反應(yīng)的產(chǎn)物；

S3：固液分離：將包覆反應(yīng)的產(chǎn)物進(jìn)行固液分離，抽濾和洗滌，烘干，燒結(jié)，自然冷卻，得到包覆氧氧化鋁的鈷酸鋰正極材料。

本發(fā)明中，S1中的連續(xù)相為去離子水或者低級醇中的一種。

本發(fā)明中，S1中鈷酸鋰粉末與連續(xù)相的質(zhì)量比為1：5-1：10。

本發(fā)明中，S2中稀釋的鋁溶膠為將鋁溶膠加入到S1的連續(xù)相中，鋁溶膠與連續(xù)相的的質(zhì)量比為1:50-1:100。

本發(fā)明中，S2中持續(xù)攪拌時(shí)間控制在1-6h。

本發(fā)明中，S2中稀釋的鋁溶膠的pH為3～7，膠粒大小為15～50nm。

本發(fā)明中，S3中得到包覆氧氧化鋁的鈷酸鋰正極材料中Al₂O₃與LiCoO₂的質(zhì)量比小于1:10。

本發(fā)明中，S3中燒結(jié)溫度控制在300～800℃，燒結(jié)時(shí)間控制在1～20h。

本發(fā)明中，S3中抽濾和洗滌的次數(shù)均控制在1～3次。

本發(fā)明中，低級醇為乙醇。

采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果。

本發(fā)明與其他包覆氧化鋁的技術(shù)相比，本發(fā)明所揭示的鋰離子電池正極材料鈷酸鋰包覆納米鋁溶膠的制備方法，具有原料易得，包覆工序簡單、條件易于控制，包覆體均勻等優(yōu)點(diǎn)，且制備的包覆氧化鋁的鈷酸鋰正極材料在4.5V下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、具有較好的循環(huán)性能。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

附圖說明