[發(fā)明專利]由正硅酸鋰和碳包覆的鈷酸鋰復(fù)合材料、制備方法、應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110388920.5
• 申請(qǐng)日: 2021-04-12
• 公開（公告）號(hào): CN113299915A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉劍洪;袁綺;黎烈武;張黔玲;葉盛華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/62
• 分類號(hào): H01M4/62;H01M4/525;H01M10/052;C01G51/00;C01B33/32;C01B32/05
• 代理公司: 深圳市君勝知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44268
• 代理人: 劉芙蓉

本發(fā)明公開了一種由正硅酸鋰和碳包覆的鈷酸鋰復(fù)合材料、制備方法、應(yīng)用，鈷酸鋰復(fù)合材料包括：鈷酸鋰基體以及包覆在所述鈷酸鋰基體表面的包覆層；所述包覆層的材質(zhì)為碳源和硅源的復(fù)合材料。通過在鈷酸鋰基體的表面包覆碳源和硅源的復(fù)合材料，可以防止高電壓條件下鈷酸鋰與電解液之間的副反應(yīng)、鈷離子的溶解及氧氣的釋放。同時(shí)包覆層中的硅材料有利于鋰離子的傳輸，碳材料具有良好的電子電導(dǎo)率，碳原子的摻雜會(huì)減弱硅氧鍵，在碳原子取代氧原子后，形成多余的鋰離子，電荷補(bǔ)償以此來促進(jìn)鋰離子的運(yùn)輸，從而在整體上提升了鈷酸鋰復(fù)合材料的電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種由正硅酸鋰和碳包覆的鈷酸鋰復(fù)合材料、制備方法、應(yīng)用。

背景技術(shù)

鈷酸鋰正極材料由于具有優(yōu)異的體積能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性，至今仍然是便攜式電子設(shè)備中鋰離子電池正極材料的首選。然而，目前商業(yè)化的鈷酸鋰正極材料的在4.2V電壓范圍內(nèi)的容量僅有140mAh/g，已經(jīng)不能滿足新一代的電子產(chǎn)品對(duì)高能量密度電池的需求。將其充電截止電壓提高至4.5V后，其容量能提升至185mAh/g，但鈷酸鋰在高電壓下循環(huán)穩(wěn)定性顯著降低。

目前改進(jìn)鈷酸鋰正極材料性能的主要方法有表面包覆(即：在其表面包覆一層氧化物或其它惰性材料)、元素?fù)诫s(如Ti、Mg、Al等金屬元素)。這些方法在一定程度上可以提高循環(huán)穩(wěn)定性，但氧化物包覆材料因鋰離子導(dǎo)電性差，會(huì)影響材料的高倍率性能。

因此，探索更有效的改性方法是開發(fā)4.5V以上鈷酸鋰正極材料亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種由正硅酸鋰和碳包覆的鈷酸鋰復(fù)合材料及其制備方法、應(yīng)用，用于解決現(xiàn)有的鈷酸鋰材料在高電壓下循環(huán)穩(wěn)定性差的問題。

第一方面，本發(fā)明提供一種由正硅酸鋰和碳包覆的鈷酸鋰復(fù)合材料，其中，包括：鈷酸鋰基體以及包覆在所述鈷酸鋰基體表面的包覆層；所述包覆層的材質(zhì)為碳源、鋰源和硅源的復(fù)合材料。

可選地，所述的鈷酸鋰復(fù)合材料，其中，所述硅源選自五硅酸鋰、硅酸四乙酯、正硅酸甲酯、多聚硅氧烷或甲基三乙氧基硅烷中的一種或多種。

可選地，所述的鈷酸鋰復(fù)合材料，其中，所述碳源為丙烯腈低聚物，所述丙烯腈低聚物相對(duì)分子量為106-100000；所述丙烯腈低聚物是丙烯腈的均聚物，或者是丙烯腈與其它烯類單體的共聚物，其它烯類單體為苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸、亞甲基丁二酸中的一種。

第二方面，本發(fā)明提供一種上述所述的由正硅酸鋰和碳包覆的鈷酸鋰復(fù)合材料的制備方法，其中，方法包括：

提供粉末狀鈷酸鋰材料；

將所述粉末狀鈷酸鋰材料加入到包含所述碳源、所述硅源及鋰源的水溶液中，加熱得到碳源、鋰源和硅源原位包覆的前驅(qū)體；

對(duì)所述碳源、鋰源和硅源原位包覆的前驅(qū)體進(jìn)行燒結(jié)，得到鈷酸鋰復(fù)合材料。

可選地，所述的制備方法，其中，所述粉末狀鈷酸鋰材料的制備方法，包括：

將鈷源與鋰源混合經(jīng)研磨得到混合前驅(qū)體，所述混合前驅(qū)體中鈷源與鋰源的物質(zhì)量的比為1:1.05；

對(duì)所述混合前驅(qū)體進(jìn)行燒結(jié)，得到鈷酸鋰基體材料，將所述鈷酸鋰基體材料研磨成粉末，得到粉末狀鈷酸鋰基體材料。

可選地，所述的制備方法，其中，所述鈷源選自硝酸鈷，醋酸鈷，硫酸鈷和四氧化三鈷中的一種或多種。

可選地，所述的制備方法，其中，所述鋰源選自氫氧化鋰、醋酸鋰、硝酸鋰和碳酸鋰中的一種或多種。

可選地，所述的制備方法，其中，所述水溶液中，所述碳源的加入量為所述粉末狀鈷酸鋰基體材料質(zhì)量的1-40％；所述硅源的加入量為所述粉末狀鈷酸鋰基體材料質(zhì)量的1-5％。