新型钴酸锂材料及其制备方法与应用

新型钴酸锂材料及其制备方法与应用

钴酸锂材料是锂离子电池的重要组成部分，其性能直接影响电池的容量、循环寿命和安全性。近年来，随着电动汽车和储能技术的快速发展，对高性能钴酸锂材料的需求日益增长。本文介绍了一种新型钴酸锂材料及其制备方法，该材料在高电压下具有优异的电化学性能和循环稳定性。

背景技术

传统的钴酸锂材料（o3-licoo2）具有较高的理论容量（274mAh/g）和体积能量密度，但存在以下问题：

1. 在充电至4.5V时会发生o3→h1-3→o1的相变，导致coo2板层滑移相变可逆性降低
2. 高电压下，co3+/4+的d能带与o2-的p能带重叠，导致o2-氧化反应和o2释放
3. 高电压下界面不稳定，易生成电化学活性较低的尖晶相

因此，开发高电压下电化学性能稳定且能量密度更高的正极材料至关重要。

技术实现思路

本发明提供了一种新型钴酸锂材料，其主要特点如下：

1. 采用T2相和O2相复合结构，其中T2相质量占比≤30%
2. 化学式为Li_aNa_bCoO₂，其中0.6≤a≤1，0≤b≤0.1
3. 颗粒均匀，结晶度高，粒径D50为4-18μm
4. 比表面积为0.14-0.68m²/g
5. 在3V-4.65V、0.1C条件下，首次库伦效率≥120%，首次放电容量≥230mAh/g
6. 在45℃下循环50圈后容量保持率>67%

制备方法

该钴酸锂材料的制备方法包括以下步骤：

1. 将钠源（碳酸钠等）和钴源（四氧化三钴等）混合，转速10000-18000rpm，混匀0.5-3min
2. 在650-850℃下进行第一热处理8-30h，升温速率2-8℃/min
3. 加入锂源（硝酸锂等），在80-250℃下进行离子交换处理0.5-3h
4. 洗涤处理后，在80-180℃下干燥10-20h

应用

该钴酸锂材料可用于制备正极片、电池及用电设备，具有以下优点：

1. O2相结构具有较高的抗质子攻击电阻率，可抑制尖晶石相生成
2. T2相结构中锂位于四面体位点，具有较高的首次库伦效率
3. 复合材料在高电压下结构稳定，容量高，循环性能优异
4. 制备方法简单，环境友好

技术效果

与现有技术相比，本发明的钴酸锂材料具有以下优势：

1. 结构稳定性好，高电压下容量高
2. 循环性能优异，50次循环后容量保持率>67%
3. 制备方法简单，成本低
4. 适用于高能量密度电池应用

技术特征

1. 化学式为Li_aNa_bCoO₂，其中0.6≤a≤1，0≤b≤0.1
2. T2相和O2相质量比≤0.3
3. 制备方法包括固相烧结和离子交换两步
4. 适用于制备高性能锂离子电池

技术总结

本发明提供了一种新型钴酸锂材料及其制备方法，通过T2相和O2相的复合结构设计，解决了传统钴酸锂材料在高电压下容量低、循环稳定性差的问题。该材料具有高容量、高稳定性、长循环寿命等优点，适用于高性能锂离子电池的制备。

技术研发人员：申振广,李轶伟,李梦佳,王欣全,王清辉,宋丰,严光阔
受保护的技术使用者：天津巴莫科技有限责任公司