[發明專利]一種釕、鋁共摻雜鈷酸鋰正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010183281.4
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111370689B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 向勇;張祎;馬祥;張曉琨
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

一種釕、鋁共摻雜鈷酸鋰正極材料，屬于鋰離子電池電極材料的制備技術領域。該釕、鋁共摻雜鈷酸鋰正極材料的化學式為LiCo_1?x?yRu_xAl_yO₂，其中，0.0005≤x≤0.015，0.0005≤y≤0.015。本發明鈷酸鋰正極材料在鋁和釕的共同摻雜作用下，其放電比容量顯著提升，且在4.5V和4.6V下的循環穩定性也得到了改善。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池電極材料的制備技術領域，具體涉及一種釕、鋁摻雜鈷酸鋰正極材料及其制備方法。

背景技術

隨著電動汽車和電網儲能基站的興起，對鋰離子電池的能量密度提出了更高的要求，通過提升正極活性物質的比容量可有效提高鋰離子電池能量密度。相比其他正極材料，LiCoO₂具有獨特的自身優勢：工作電壓較高(平均工作電壓為3.7V)、充放電電壓穩定、適合大電流充放電、比能量高、循環性能好、電導率高、壓實密度高，一直在電池市場中占據主導地位。LiCoO₂的理論比容量274mAh/g，但在實際應用時只能達到140mAh/g左右，目前經過改進的商業化鈷酸鋰的容量可提升至175mAh/g，但其對應的充電截止電壓僅為4.35V。由于截止電壓的提升會帶來容量的大幅跳水，因此，如何得到高截止電壓和高容量的鈷酸鋰一直是亟待解決的問題。

為了實現鈷酸鋰在高截止電壓下比容量的提升，研究者們通常采用元素摻雜的方式進行改性。其中，鋁是一種最常見的摻雜元素，S.T.Myung等人(S.T.Myung,etal.Effects of Al doping on the microstructure of LiCoO2 cathode materials[J].Solid State Ionics,2001)通過Al摻雜LCO，摻雜后的鈷酸鋰的開路電壓和離子擴散系數得到有效提升，但其比容量卻并未改善。E.Oz等人(E.Oz,et al.Fabrication andelectrochemical properties of LiCo1-xRuxO2 cathode materials for Li-ionbattery[J].Journal of Alloys and Compounds,2016.)首次采用固相反應法得到了LiCo_1-xRu_xO₂(其中x＝0.0～0.5)，在最優摻雜比例x＝0.1時，摻雜鈷酸鋰在3.5～4.5V的放電平臺下首圈放電比容量為149.9mAh/g，不及原始鈷酸鋰首放的168.4mAh/g，且100圈循環后的容量保持僅有71.2％，循環穩定性也較差。

發明內容

本發明的目的在于，針對背景技術存在的缺陷，提出了一種釕、鋁共摻雜鈷酸鋰正極材料及其制備方法，有效提高鈷酸鋰在4.5V以上截止電壓下的放電比容量和循環穩定性。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種釕、鋁共摻雜鈷酸鋰正極材料，其特征在于，所述正極材料的化學式為LiCo_1-x-yRu_xAl_yO₂，其中，0.0005≤x≤0.015，0.0005≤y≤0.015。

一種釕、鋁共摻雜鈷酸鋰正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、將鋰的化合物和螯合劑加入去離子水中，攪拌混合均勻，得到溶液A；其中溶液A中，鋰的化合物的濃度為15～20g/L，螯合劑的濃度為200～250g/L；

步驟2、將鈷的化合物、釕的化合物和鋁的化合物溶解于去離子水中，得到溶液B；其中，溶液B中，鈷的化合物的濃度為100～150g/L；