[發明專利]一種鈷酸鋰及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011054318.X
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112174218B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 馬躍飛;詹威;李權;范勇
• 申請（專利權）人: 廈門廈鎢新能源材料股份有限公司
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;C01G51/00;H01M10/0525
• 代理公司: 廈門市精誠新創知識產權代理有限公司 35218
• 代理人: 方惠春

本發明屬于材料領域，涉及一種鈷酸鋰及其制備方法和應用。所述鈷酸鋰的制備方法包括：將鈷金屬單質和/或鈷金屬氧化物、摻雜劑、氧化劑、水、導電金屬鹽和任選的含氨溶液在氧化還原電位ORP值≤100mv、絡合劑濃度為0.1～20g/L、電導率≥100uS/cm的條件下進行化學腐蝕結晶反應，之后依次經磁選、陳化堿洗、固液分離、洗滌干燥、鋰化。采用本發明提供的方法制備鈷酸鋰，溶解結晶過程不產生廢水，且不斷消耗水，從而能夠達到對環境友好的目的，并且所得鈷酸鋰作為正極材料對應的鋰離子電池還具有高克容量和優異的循環穩定性，極具工業應用前景。

技術領域

本發明屬于材料領域，涉及一種鈷酸鋰及其制備方法和應用。

背景技術

鈷酸鋰(LiCoO₂)是最早商業化的鋰離子電池正極材料，由于其具有很高的材料密度和電極壓實密度，使用鈷酸鋰正極的鋰離子電池具有高的體積能量密度，因此鈷酸鋰是鋰離子電池中應用廣泛的正極材料。隨著消費電子產品對鋰離子電池續航時間的要求不斷提高，迫切需要進一步提升電池體積能量密度。鈷酸鋰電池充電電壓的提高可以提高電池的克容量和體積能量密度，因此開發下一代具有更高充電電壓的鈷酸鋰材料已經成為科研界及企業共同關注的熱點。目前，鈷酸鋰電池的充電截止電壓已經從1991年最早商業化時的4.20V逐漸提升至4.45V(vs Li/Li⁺)，體積能量密度已經超過700Wh/L。然而，隨著充電電壓的提高，鈷酸鋰材料會逐漸出現不可逆結構相變、表界面穩定性下降、安全性能下降等問題，影響其循環性能，限制了其實際應用。

中國科學院物理研究所開發了一種利用固態電解質材料Li_1.5Al_0.5Ti_1.5(PO₄)₃(LATP)包覆鈷酸鋰的技術，在鈷酸鋰表面生成具有較高結構和電化學穩定性以及優良離子和電子導電特性的均勻界面層，從而有效解決了鈷酸鋰材料在高電壓充電過程中的表面穩定性問題。近年來，鈷酸鋰領域一直專注于高電壓鈷酸鋰材料技術開發與基礎科學問題研究，其中，通過采用表面和體相改性等多種技術相結合的方法，成功開發了Ti-Mg-Al痕量元素摻雜改性技術，研究了Ti-Mg-Al共摻雜鈷酸鋰材料顆粒結構與材料在充放電過程中反應可逆性的關系，為設計高電壓、高容量正極材料提供了理論依據，但是無法有效實現實際工業化應用。

為了解決鈷酸鋰材料在高電壓條件逐漸出現不可逆結構相變、表界面穩定性下降、安全性能下降等現象、從而影響其循環性能的問題，目前主要采取以下兩種措施：一是采用濕法體相摻雜包覆技術，改變摻雜包覆元素的均勻性；二是采用表面燒結包覆技術，改變表面結構的穩定性，提高材料充放電的穩定性，提高材料循環性能。然而，這兩種措施仍存在以下缺陷：(1)鈷酸鋰前驅體均采用碳酸體系沉淀，摻雜的元素容易存在偏析，影響摻雜元素對材料的改性效果；(2)碳酸體系下，前驅體的長大速度快，一次粒子偏粗，燒結過程中，影響鈷元素與鋰元素的燒結融合，材料結構無法達到最優，從而影響電性能例如循環性能的發揮；(3)常規濕法控制結晶技術，生產過程中會產生大量的含氨廢水，對環境造成較大的負擔。

發明內容

本發明的目的是為了克服采用現有的共沉淀結晶法所得鈷酸鋰在高電壓條件下循環性能較差且會產生大量含氨廢水的缺陷，而提供一種能夠獲得高容量以及高電壓條件下良好的循環性能且不會產生含氨廢水的鈷酸鋰及其制備方法和應用。