一种高倍率钴酸锂正极材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及电池材料领域，尤其涉及一种高倍率钴酸锂正极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，随着无人机、航模等消费电子产品的市场规模持续扩大，对锂离子电池在高倍率工况下的持续放电性能提出了更高的要求，目前，提升倍率性能的常规技术手段主要集中于提高材料的工作截止电压。然而，充电截止电压的提升不可避免地导致电池内部工作温度的显著升高，进而增加了热失控及火灾等安全风险。

2、当前，中低压应用场景下的锂离子电池普遍采用钴酸锂作为正极活性材料。该类电池虽因工作电压较低而具备较好的热稳定性与安全性，但其大倍率持续放电能力相对不足，难以满足日益增长的高功率应用需求，此外，常规钴酸锂粒径较大，锂离子扩散路径较长，进一步制约了其倍率性能的发挥，因此，如何在保持钴酸锂材料高热稳定性的前提下，有效提升其倍率性能，已成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了在保持钴酸锂高热稳定性的前提下提升倍率性能，本发明提供一种高倍率钴酸锂正极材料制备方法和应用，包括以下步骤：

2、步骤1.将锂源、d50为5μm的第一钴源、二氧化钛、氧化镁、三氧化二锑以及氧化钨进行均匀混合，得到一次混合料；

3、步骤2.将所述一次混合料置于空气气氛中进行第一次烧结，待物料冷却后，依次进行粉碎和分级处理，得到一次粉碎分级料；

4、步骤3.将所述一次粉碎分级料与第二钴源、硅酸铝锂和含硼的化合物进行混合后，得到二次混合料；

5、步骤4.将所述的二次混合料置于空气气氛中进行第二次烧结，待物料冷却后，依次进行粉碎和分级，得到二次粉碎分级料;

6、步骤5.将所述二次粉碎分级料依次进行除磁和过筛后，得到一种高倍率钴酸锂正极材料。

7、优选地，步骤1中所述锂源包括碳酸锂和氢氧化锂，步骤1中所述第一钴源包括四氧化三钴、羟基氧化钴、氢氧化钴、碳酸钴。

8、优选地，步骤1中所述锂源中的锂元素和所述第一钴源中的钴元素的摩尔比n(li):n(co)为1.027-1.072:1。

9、优选地，步骤1中ti的加入量为一次混合料重量的0.2-0.3wt%；mg的加入量为一次混合料重量的0.15-0.2wt%；sb的加入量为一次混合料重量的0.09-0.21wt%；w的加入量为一次混合料重量的0.09-0.10wt%。

10、优选地，步骤2中所述第一次烧结程序设定为：烧结温度500-650℃，保温1.7-2.9h，随后将温度升至880-950℃，保温8.5-10.5h，所述一次粉碎分级料的d50为3.1-5μm。

11、优选地，步骤3中所述第二钴源包括羟基氧化钴、氢氧化钴，所述含硼的化合物为三氧化二硼、硼酸、硼酸镁、硼酸钠、磷酸硼中的至少一种。

12、优选地，所述含硼的化合物包括三氧化二硼和硼酸中的至少一种。

13、优选地，步骤3中所述第二钴源的加入量为一次粉碎分级料的4-5.5wt%，所述硅酸铝锂的加入量为一次粉碎分级料的0.06-0.15wt%，所述含硼的化合物的加入量为一次粉碎分级料的0.19-0.60wt%。

14、优选地，步骤4中的所述第二次烧结的温度为830-890℃，保温时间为8-8.8h，所述二次粉碎分级料的d50为3.1-4.9μm。

15、优选地，包括所述高倍率钴酸锂正极材料。

16、本发明的有益效果：

17、通过钛、锑、钨元素调控颗粒生长与形貌，收缩一次颗粒晶粒尺寸，构建快离子传输通道，缩短锂离子扩散路径，显著提高高倍率充放电性能；引入镁元素支撑颗粒内部结构，有效增强长循环性能。

18、采用三氧化二硼与硅铝酸盐协同改性钴酸锂，在材料表面原位构建三氧化二硼相、硅铝酸盐相和硼硅铝酸盐相共存的多相包覆层，该结构兼具稳定包覆、低热膨胀、高温稳定和快锂离子传导特性，可有效降低表面阻抗、改善正极极化损失，从而在保持或提升热稳定性的同时，显著提高钴酸锂的倍率性能和高温稳定性。

19、将二次粉碎分级料的d50控制3.1-4.9μm，较常规材料显著缩短锂离子扩散路径，提升离子电导与放电窗口；同时避免粒径过小导致的团聚与表面副反应，兼顾了加工分散性与循环安全性能。

1.一种高倍率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所述的高倍率钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于：步骤1中所述锂源包括碳酸锂和氢氧化锂，步骤1中所述第一钴源包括四氧化三钴、羟基氧化钴、氢氧化钴、碳酸钴。

3.根据权利要求1所述的高倍率钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于：步骤1中所述锂源中的锂元素和所述第一钴源中的钴元素的摩尔比n(li):n(co)为1.027-1.072:1。

4.根据权利要求1所述的高倍率钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于：步骤1中ti的加入量为一次混合料重量的0.2-0.3wt%；mg的加入量为一次混合料重量的0.15-0.2wt%；sb的加入量为一次混合料重量的0.09-0.21wt%；w的加入量为一次混合料重量的0.09-0.10wt%。

5.根据权利要求1所述的高倍率钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于：步骤2中所述第一次烧结的程序设定为：烧结温度500-650℃，保温1.7-2.9h，随后将温度升至880-950℃，保温8.5-10.5h，所述一次粉碎分级料的d50为3.1-5μm。

6.根据权利要求1所述的高倍率钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于：步骤3中所述第二钴源包括羟基氧化钴、氢氧化钴，所述含硼的化合物为三氧化二硼、硼酸、硼酸镁、硼酸钠、磷酸硼中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的高倍率钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于：所述含硼的化合物包括三氧化二硼和硼酸中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的高倍率钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于：步骤3中所述第二钴源的加入量为一次粉碎分级料的4-5.5wt%，所述硅酸铝锂的加入量为一次粉碎分级料的0.06-0.15wt%，所述含硼的化合物的加入量为一次粉碎分级料的0.19-0.60wt%。

9.根据权利要求1所述的高倍率钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于：步骤4中的所述第二次烧结的温度为830-890℃，保温时间为8-8.8h，所述二次粉碎分级料的d50为3.1-4.9μm。

10.一种高倍率钴酸锂电池，其特征在于：包括权利要求1-9任意一项所述高倍率钴酸锂正极材料。