一种高倍率型超高电压钴酸锂正极材料及制备和应用

本申请属于锂离子电池领域，具体涉及一种可超快充及长循环的高电压钴酸锂的制备方法及其应用。

背景技术：

1、作为3c产品锂离子电池的首选正极材料，钴酸锂具有制备工艺成熟简单、体积能量密度高等优点。当前充电截止电压～4.5v的商用钴酸锂仅能提供180-190mah g-1容量，远小于其274mah g-1理论比容量。通过进一步提升其充电截止电压至>4.6v，可以进一步提升其放电比容量，但同时也会导致严重的不可逆相变、界面副反应、钴溶解与晶格氧损失等问题，尤其是在超快充大电流(>5c)下，造成电池循环稳定性加速恶化，甚至引发热失控等安全问题。研究者主要通过体相掺杂、表面包覆等两种策略进行解决或改善上述问题。

2、上述方法在一定程度上优化提升了4.6v-钴酸锂基复合材料的电化学稳定性，但所用工艺存在高倍率下容量受掺杂量的限制、高倍率下循环不稳定的缺点。因此，急需开发一种工艺简单、低成本、可快速规模化生产高性能超快充4.6v-钴酸锂的方法，以便获得具有高能量密度且能稳定超快充长循环的锂离子电池。

技术实现思路

1、根据本申请的一个方面，提供了一种高倍率型超高电压钴酸锂正极的制备方法，该可扩展的规模化生产方法为高端4.6v-钴酸锂基超快充材料在锂离子电池中的高电压不稳定和超快充长循环差的挑战提供了一种潜在的解决方案。

2、所述一种高倍率型超高电压钴酸锂正极的制备方法，其特征在于，

3、所述方法制备的钴酸锂可充电至4.6v及以上；

4、所述方法制备的钴酸锂可循环500圈容量保持率大于70％。

5、所述方法制备的钴酸锂中掺杂元素m金属源包括al、mg、ti、zr、la、mn、ni、sb、w和nb中的一种或多种。

6、所述方法制备的钴酸锂中m金属源掺杂量为licoo2摩尔质量比的0.01％-0.5％

7、所述方法制备的钴酸锂粒径为1-10μm；

8、所述方法采用的锂源包括氢氧化锂、硝酸锂、碳酸锂、草酸锂、醋酸锂、氧化锂、柠檬酸锂中的一种或多种组合；所述钴源包括四氧化三钴、碳酸钴、氢氧化钴、乙酸钴、草酸钴、硝酸钴、硫酸钴、氯化钴中的一种或多种；

9、所述方法掺杂元素m金属源的化合物包括含m的氧化物、含m的氢氧化物、m的硫酸盐、m的硝酸盐、m的碳酸盐中的一种或多种的组合。

10、所述方法制备的钴酸锂烧结过程中，以0.2℃/min-10℃/min的升温速率，升温至700℃-1100℃；

11、所述钴酸锂可超快充倍率为5-20c；

12、作为一种实施方式，所述一种高倍率型超高电压钴酸锂正极的制备方法，所述的钴酸锂粒径为1-15μm。

13、可选地，所述正极的制备方法，包括以下步骤：

14、将超快充4.6v-钴酸锂正极材料、导电剂和粘结剂的浆料，涂覆到铝箔基底上，得到所述正极。

15、可选地，所述导电剂为科琴黑；

16、所述粘结剂为聚偏氟乙烯(pvdf)。

17、可选地，含有超快充4.6v-钴酸锂正极材料、导电剂和粘结剂的浆料中，含有超快充4.6v-钴酸锂正极材料、导电剂和粘结剂的质量比为8:1:1。

18、作为一种实施方式，涂片前先将超快充4.6v-钴酸锂正极材料与科琴黑、pvdf材料进行预混制备浆料，混合质量比为8：1：1，涂片厚度为200～300μm，基底为涂碳铝箔。

19、可选地，正极片直径为12mm，单片质量为3-4mg。

20、根据本申请的又一方面，提供一种电池，其特征在于，含有所述的正极材料。

21、可选地，所述电池包括：

22、正极，所述正极含有所述含有超快充4.6v-钴酸锂正极材料；

23、负极，所述负极含有锂箔；

24、电解液。

25、可选地，所述电解液为lb-111,购买自苏州多多化学试剂有限公司。

26、作为一种实施方式，组装的锂离子电池为商业电解液，负极为锂箔。

27、本申请能产生的潜在效益包括：

28、本申请所提供的超快充4.6v-钴酸锂正极材料，提高了4.6v-钴酸锂材料大电流密度下的倍率比容量，并有效抑制了高电压下钴的溶解，与电解液的副反应，提高了电池高电压下的超快充循环稳定性。

29、所述钴酸锂产品作为锂离子电池正极，可在不低于4.6v充电截至电压下以5c倍率循环500圈容量保持率接近70％且具有超高初始容量。该产品是一种潜在应用的超快充高电压正极材料。

技术特征：

1.一种高倍率型超高电压钴酸锂正极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述锂源包括氢氧化锂、硝酸锂、碳酸锂、草酸锂、醋酸锂、氧化锂、柠檬酸锂中的一种或二种以上；

4.根据权利要求1-3任一所述的制备方法，其特征在于，所述二步烧结过程中，以0.2℃/min-10℃/min的升温速率，升温至煅烧温度。

5.一种权利要求1-4任一所述的制备方法制备获得的高倍率型超高电压钴酸锂正极材料。

6.一种权利要求5所述的高倍率型超高电压钴酸锂正极材料作为作为锂离子电池正极活性材料的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述钴酸锂正极材料可超快充倍率为5-20c；所述钴酸锂可充电至4.6v及以上；

技术总结本申请公开了一种高倍率型超高电压钴酸锂正极的制备方法，所述方法包括将锂盐，钴源，M金属源按比例混合均匀；在空气气氛下，煅烧温度为800‑1100℃，合成6‑20小时；将合成物料中的团聚物破碎，得到LiCoO<subgt;2</subgt;粗产品；将粗产品继续在空气气氛下，煅烧温度为700‑1100℃，合成6‑12小时，合成的物料中的团聚物破碎后得到超快充高压钴酸锂产品。所述钴酸锂产品作为锂离子电池正极，可在不低于4.6V充电截至电压下以5C倍率循环500圈容量保持率接近70％且具有超高初始容量。该产品是一种潜在应用的超快充高电压正极材料。技术研发人员：吴忠帅,毕志宏受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/5