一种高掺杂正极补锂材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于补锂材料领域，具体涉及一种高掺杂正极补锂材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、正极补锂材料是锂离子电池中的重要组成部分，其能够在材料体系中引入额外的活性锂源，弥补在全电池充电过程中形成sei膜消耗的不可逆锂。正极补锂材料直接影响到电池的性能和循环寿命。

2、li6coo4为一种反萤石结构的富锂过渡金属氧化物，具有非常高的比容量，其首次充放电效率很低，能最大限度地脱锂并补充不可逆容量损失，具有巨大的应用潜力。然而，由于li6coo4的环境稳定性较差，这样会严重影响li6coo4的电化学性能和应用，不利于将其作为正极补锂材料使用。对此，cn116314639a公开了一种表面采用licoo2包覆的li6coo4正极补锂材料，其可以显著提升锂离子电池的首次放电克容量和循环性能，从而改善li6coo4的电化学性能。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有的li6coo4正极补锂材料的环境稳定性及电性能差的缺陷，而提供一种能够显著提高li6coo4的环境稳定性及首次充电容量的高掺杂正极补锂材料及其制备方法和应用。

2、具体地，本发明提供的高掺杂正极补锂材料为掺杂m元素的li6coo4；所述高掺杂正极补锂材料的化学式表示为li6coxmyo4，co为正二价，m元素选自铝、镁、钛、锰和锆中的至少一种，0.95≤x＜1，0＜y≤0.05；所述高掺杂正极补锂材料采用xrd表征晶体应力参数f、晶胞参数a和c、晶粒尺寸d和峰强比i(101)/i(201)，0.02≤f≤0.04，6.5250≤a≤6.5572、4.6237≤c≤4.6628，98nm≤d≤175nm，1.7≤i(101)/i(201)≤2.2，i(101)表示xrd图谱中(101)晶面的衍射峰强度，i(201)表示xrd图谱中(201)晶面的衍射峰强度。

3、本发明提供的高掺杂正极补锂材料的制备方法包括以下步骤：

4、s1、采用共沉淀法制备掺杂有m元素的钴源前驱体，所述m元素选自铝、镁、钛、锰、锆、铌和钼中的至少一种，所述掺杂有m元素的钴源前驱体中m元素的掺杂总含量为8000～12000ppm；

5、s2、将掺杂有m元素的钴源前驱体在惰性气氛下进行煅烧，得到掺杂有m元素的coo；

6、s3、将掺杂有m元素的coo与锂源混合后于惰性气氛下烧结，所述烧结的条件包括以3～5℃/min的速率升温至400～500℃保温0.5～3h，再以3～5℃/min的速率升温至700～800℃保温8～12h，即得高掺杂正极补锂材料。

7、本发明还提供了所述高掺杂正极补锂材料在锂离子电池中的应用。

8、本发明提供的高掺杂正极补锂材料的制备方法以8000～12000ppm的高掺杂量经由共沉淀法往钴前驱体中掺杂铝、镁、钛、锰、锆、铌和钼中的至少一种，之后依次进行煅烧、掺锂并烧结，将煅烧和烧结过程均置于惰性气氛下进行，同时将烧结控制在特定条件下进行，由此所得高掺杂正极补锂材料以li6coo4作为骨架，以m元素作为掺杂元素，且具有特定的应力参数f(0.02≤f≤0.04)、晶胞参数a和c(6.5250≤a≤6.5572、4.6237≤c≤4.6628)、晶粒尺寸d(98nm≤d≤175nm)以及衍射峰强度(1.7≤i(101)/i(201)≤2.2)，该高掺杂正极补锂材料具有稳定的晶体结构，将其作为补锂材料具有优异的环境稳定性及首次充电性能。

技术特征：

1.一种高掺杂正极补锂材料，其特征在于，所述高掺杂正极补锂材料为掺杂m元素的li6coo4；所述高掺杂正极补锂材料的化学式表示为li6coxmyo4，co为正二价，m元素选自铝、镁、钛、锰和锆中的至少一种，0.95≤x＜1，0＜y≤0.05；所述高掺杂正极补锂材料采用xrd表征晶体应力参数f、晶胞参数a和c、晶粒尺寸d和峰强比i(101)/i(201)，0.02≤f≤0.04，6.5250≤a≤6.5572、4.6237≤c≤4.6628，98nm≤d≤175nm，1.7≤i(101)/i(201)≤2.2，i(101)表示xrd图谱中(101)晶面的衍射峰强度，i(201)表示xrd图谱中(201)晶面的衍射峰强度。

2.根据权利要求1所述的高掺杂正极补锂材料，其特征在于，所述高掺杂正极补锂材料中m元素的掺杂量为8000～12000ppm。

3.权利要求1或2所述的高掺杂正极补锂材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的高掺杂正极补锂材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述共沉淀法的具体步骤包括：将碱溶液ⅰ、络合剂ⅰ和水搅拌均匀后升温至30～40℃，在氮气保护下，连续通入钴溶液、掺杂金属盐溶液、碱溶液ⅱ及络合剂ⅱ进行沉淀反应；

5.根据权利要求3所述的高掺杂正极补锂材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述煅烧的条件包括温度为700～800℃，时间为9～11h。

6.根据权利要求3所述的高掺杂正极补锂材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述掺杂有m元素的coo的用量以钴计与锂源以锂计的摩尔比为(6～6.2):1。

7.根据权利要求3所述的高掺杂正极补锂材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述锂源选自li2o、lioh·h2o、li2co3、lino3、li2so4和lioh中的至少一种。

8.根据权利要求3所述的高掺杂正极补锂材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述混合在湿度为2％以下的环境中进行。

9.根据权利要求3所述的高掺杂正极补锂材料的制备方法，其特征在于，该方法还包括烧结之后的破碎和过筛步骤；所述破碎在湿度为2％以下的环境中进行；所述过筛所采用的筛网的孔径为200～400目。

10.权利要求1或2所述的高掺杂正极补锂材料在锂离子电池中的应用。

技术总结
本发明属于补锂材料领域，涉及一种高掺杂正极补锂材料及其制备方法和应用。所述高掺杂正极补锂材料为掺杂M元素的Li6CoO4；所述高掺杂正极补锂材料的化学式表示为Li6CoxMyO4，Co为正二价，M元素选自铝、镁、钛、锰和锆中的至少一种；高掺杂正极补锂材料采用XRD表征晶体应力参数f、晶胞参数a和c、晶粒尺寸d和峰强比I(101)/I(201)，0.02≤f≤0.04，6.5250≤a≤6.5572、4.6237≤c≤4.6628，98nm≤d≤175nm，1.7≤I(101)/I(201)≤2.2，I(101)表示XRD图谱中(101)晶面的衍射峰强度，I(201)表示XRD图谱中(201)晶面的衍射峰强度。本发明提供的高掺杂正极补锂材料具有稳定的晶体结构，将其作为补锂材料具有优异的环境稳定性及首次充电性能。

技术研发人员：张文辉,赖兰芳,余柏烈,林振
受保护的技术使用者：厦门厦钨新能源材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4