[發明專利]一種鑭鋁鎂原位共摻雜的四氧化三鈷材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010739908.X
• 申請日: 2020-07-28
• 公開（公告）號: CN112010356A
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 許開華;李晨威;劉文澤;楊航;易全瑞
• 申請（專利權）人: 格林美股份有限公司;荊門市格林美新材料有限公司
• 主分類號: C01G51/04
• 分類號: C01G51/04;C01G51/00
• 代理公司: 中國有色金屬工業專利中心 11028
• 代理人: 范威

本發明的一種鑭鋁鎂原位共摻雜的四氧化三鈷材料，材料的化學式為：La_xAl_yMg_zCo_aO_b，其中，0.0015＜x＜0.004，0.035＜y＜0.1，0.01＜z＜0.02，2.876＜a＜2.954，3.999＜b＜4.005。材料的制備方法包括以下步驟：將鑭鹽溶液和鎂鹽溶液通過計量泵打入鋁鹽溶液，得到混合溶液；將鈷鹽溶液、混合溶液、碳酸氫銨溶液以并流的方式加入到帶有底液的反應釜中進行共沉淀反應，將得到的含有三金屬的鑭鋁鎂共摻雜的碳酸鈷煅燒，得到三金屬鑭鋁鎂共摻雜的四氧化三鈷。本發明的材料均一性好、結構穩定性強，采用本發明的材料制備成的鈷酸鋰在高電壓下具有高比容量和優良的循環性能。

技術領域

本發明涉及電池材料前驅體生產領域，具體涉及一種鑭鋁鎂原位共摻雜的四氧化三鈷材料及其制備方法。

背景技術

四氧化三鈷是鈷酸鋰的主要原材料，主要應用于3C電子產品領域。在當前使用中鈷酸鋰存在的問題主要是理論電壓在4.2V以上，但目前平均只有3.6V，最高也未達到4.0V，理論比容量為260hA/kg，實際比容量為130hA/kg，且容量隨循環次數增加而下降。為了在更小的空間釋放出更高的能量，鈷酸鋰正朝著4.5-4.6V高電壓的方向發展高電壓下能將更多的鋰離子從晶體結構中脫出來，目前可以通過摻雜的方式提高材料在高電壓充放電時的結構穩定性。其中鋁、鈦、稀土為最常見的摻雜元素.

單獨鋁摻雜的四氧化三鈷所合成的LiCoO₂材料結構在一定程度上增加了穩定性，目前可以滿足4.45V電壓鈷酸鋰的需求。然而隨著3C產品對性能需求進一步的提升，4.48V以及4.5V為目前發展的主流方向。此時，單一的鋁摻雜已經無法滿足更高，需要通過摻雜雙金屬甚至三金屬起到多種金屬的協同效應，從而不僅提高材料結構的穩定性，還可以增加材料的電導率以及提高鋰離子在充放電過程中的遷移效率，使得最終燒成的鈷酸鋰滿足下一代4.48V以及4.5V的產品需求。

發明內容

針對現有技術中的問題，本發明提供一種鑭鋁鎂原位共摻雜的四氧化三鈷材料及其制備方法，本發明的材料均一性好、結構穩定性強、充放電過程中鋰離子的擴散效率高、充放電過程中的阻抗降低，采用本發明的材料制備成的鈷酸鋰在高電壓下具有高比容量和優良的循環性能。

本發明采用以下技術方案：

一種鑭鋁鎂原位共摻雜的四氧化三鈷材料，其特征在于，所述材料的化學式為：La_xAl_yMg_zCo_aO_b，其中，0.0015＜x＜0.004，0.035＜y＜0.1，0.01＜z＜0.02，2.876＜a＜2.954，3.999＜b＜4.005。

根據上述的鑭鋁鎂原位共摻雜的四氧化三鈷材料，其特征在于，所述材料的截面形貌為由圓心向圓周呈發散狀。

一種基于上述的鑭鋁鎂原位共摻雜的四氧化三鈷材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

(1)配制鈷鹽溶液；鈷鹽溶液中鈷離子的濃度為65g/L-195g/L；

(2)配制鋁鹽溶液；鋁鹽溶液中鋁離子的濃度為0.6g/L-6.0g/L；

(3)配制鑭鹽溶液和鎂鹽溶液；鑭鹽溶液中鑭離子的濃度為0.3g/L-1.2g/L，鎂鹽溶液中鎂離子的濃度為0.3g/L-1.2g/L；

(4)將步驟(3)中的鑭鹽溶液和鎂鹽溶液通過計量泵打入步驟(2)中的鋁鹽溶液，得到混合溶液；