一种表面结构改性的钴酸锂正极材料及其制备方法和应用

本发明属于锂离子电池正极材料，尤其是涉及一种表面结构改性的钴酸锂正极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着现代社会对便携式电子产品需求的不断增加，电池技术的发展变得越来越重要。自1992年日本索尼公司成功将锂离子电池商品化后，锂离子电池因其具有工作电压高、能量密度高和循环寿命长的优势，已被广泛地应用于各种电子设备中。相比镍锂氧化物和锰锂氧化物，钴酸锂正极材料因具有优异的能量密度、循环性能、高温性能和低温性能，在3c数码领域的发展中，钴酸锂正极材料仍具有主导地位。自4.45v的钴酸锂正极材料进入市场后，已基本满足市场上3c电子产品的应用需要，但作为高端电池技术的储备，钴酸锂正极材料的能量密度以及循环寿命仍有待提高。

2、钴酸锂正极材料的理论容量为274mah/g，当充电截止电压被提升至4.45v时，容量约为175mah/g。虽然充电截止电压提高，使钴酸锂正极材料获得了较高的比容量，但从晶格中脱出过多的锂离子会引起晶体结构的坍塌，导致出现不可逆的相变。同时，当正极材料表面的脱锂程度变高时，钴酸锂的结构将会由颗粒表面扩展到颗粒的内部，并发生相变，此外，在高电压下co离子更容易溶解在电解液中，四价的钴离子具有强氧化性，会导致电解液分解。这些因素都会导致钴酸锂的循环性能下降，从而影响高电压下钴酸锂的实际应用。中国专利cn116314783a公开了一种纳米级高压钴酸锂正极材料及制备方法，通过掺杂镁、铝、钛三种元素，并经过高温固相反应后，得到在高压下具有较好电化学性能的钴酸锂正极材料，但其制备过程复杂，掺杂元素较多。

3、因此，对于提高钴酸锂正极材料在4.45v的截止电压下的电化学性能，并简化制备工艺仍需进一步研究。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种表面结构改性的钴酸锂正极材料及其制备方法和应用，通过碱性溶液对正极材料进行处理，得到结构稳定、循环性能优异的钴酸锂正极材料，且制备方法简单、原料易得、以及成本低廉。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明提供一种表面结构改性的钴酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

4、s1：将钴酸锂正极材料浸泡在碱性溶液中，室温下搅拌，并定时更换所述碱性溶液，搅拌后过滤，得到碱处理过的钴酸锂正极材料；

5、s2：将s1中得到的碱处理过的钴酸锂正极材料进行洗涤，去除残留在正极材料表面的碱液，随后干燥，得到钴酸锂正极材料粉末；

6、s3：将s2中得到的粉末进行高温烧结，待烧结完成，冷却至室温，得到表面结构改性的钴酸锂正极材料。

7、进一步地，s1中，所述钴酸锂正极材料与所述碱液的质量比为1:4～1：40。

8、进一步地，s1中，所述碱性溶液为lioh溶液、naoh溶液、koh溶液、li2co3溶液、氨水中的一种；所述碱性溶液的浓度为0.05m-1m。

9、进一步地，s1中，搅拌时间为12h-120h，搅拌的转速为600r/min。

10、进一步地，s1中，所述碱液每隔12h更换一次。

11、进一步地，s2中，干燥条件为真空干燥，干燥温度为80℃，干燥时间为12h。

12、进一步地，s2中，所述洗涤使用去离子水，并洗涤至清洗水ph呈中性。

13、进一步地，s3中，烧结温度为500～800℃，烧结时间为300min，烧结气氛为空气气氛，升温速率为10℃/min。

14、本发明还提供一种表面结构改性的钴酸锂正极材料。

15、本发明还提供一种表面结构改性的钴酸锂正极材料的应用，将表面改性的钴酸锂正极材料应用于截止电压为4.45v下的工作场景。

16、与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

17、1、本发明对钴酸锂正极材料表面改性的方法简单易操作，且原料广泛，成本低廉。

18、2、本发明改性的钴酸锂正极材料具有优异的结构稳定性和电化学性能，尤其在高电压下获得了高的比容量以及优异的循环性能。

19、3、本发明改性的钴酸锂正极材料，在充放电的过程中，可减小钴酸锂正极材料与电解液间的副反应，提升材料的电化学性能。

20、4、本发明的表面改性方法属于表面原位构筑法，与传统包覆法相比，本发明更容易在钴酸锂正极材料表面形成一层均匀且致密的包覆层。

技术特征：

1.一种表面结构改性的钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种表面结构改性的钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，s1中，所述钴酸锂正极材料与所述碱液的质量比为1：4～1：40。

3.根据权利要求1所述的一种表面结构改性的钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，s1中，所述碱性溶液为lioh溶液、naoh溶液、koh溶液、li2co3溶液、氨水中的一种；所述碱性溶液的浓度为0.05m-1m。

4.根据权利要求1所述的一种表面结构改性的钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，s1中，搅拌时间为12h-120h，搅拌的转速为600r/min。

5.根据权利要求1所述的一种表面结构改性的钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，s1中，所述碱液每隔12h更换一次。

6.根据权利要求1所述的一种表面结构改性的钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，s2中，干燥条件为真空干燥，干燥温度为80℃，干燥时间为12h。

7.根据权利要求1所述的一种表面结构改性的钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，s2中，所述洗涤使用去离子水，并洗涤至清洗水ph呈中性。

8.根据权利要求1所述的一种表面结构改性的钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，s3中，烧结温度为500～800℃，烧结时间为300min，烧结气氛为空气气氛，升温速率为10℃/min。

9.一种根据权利要求1-8任一所述方法制得的表面结构改性的钴酸锂正极材料。

10.一种如权利要求9所述表面结构改性的钴酸锂正极材料的应用，其特征在于，将表面改性的钴酸锂正极材料应用于截止电压为4.45v下的工作场景。

技术总结
本发明涉及一种表面结构改性的钴酸锂正极材料及其制备方法和应用，通过碱性溶液对钴酸锂正极材料的表面结构以及形貌进行微构筑，过滤后对碱处理的钴酸锂正极材料进行反复洗涤，随后干燥，最后高温煅烧获得表面结构改性的钴酸锂正极材料。与现有技术相比，本发明制备方法简单，原料广泛，成本低廉，且经过碱处理得到的钴酸锂正极材料具有优异的结构稳定性和电化学性能，尤其在高电压下获得了较高的比容量以及优异的循环性能。

技术研发人员：杨金虎,刘婷婷,马瑾,马杰,马健,陈卢,孟朔,廖柯璇,周辰,田泽怡,陆航
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15