一种锗掺杂高能量密度的钴酸锂复合正极材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种锗掺杂高能量密度的钴酸锂复合正极材料的制备方法，该锗掺杂复合钴酸锂的化学式为LiCo_1-x-y-zMg_xAl_yGe_zO₂，其中：x=0.22-0.3，y=0.15-0.25，z=0.035-0.05，该方法包括如下步骤：（1）制备高密度球形四氧化三钴；（2）将氧化锂、四氧化三钴、氧化铝、氧化镁和氧化锗融化，冷却后球磨成粉，烧结，得到锗掺杂钴酸锂复合正极材料的前驱体；（3）将上述前驱体与上述称量乙炔黑和酚醛树脂的混合物一起烧结得到产品。本发明制备的锗掺杂钴酸锂复合正极材料，采用高纯度高密度四氧化三钴为原料提高复合材料的能量密度，掺杂Al、Mg的同时还进一步掺杂Ge来改性以提高物质活性和稳定性，制备过程还采用了碳包覆，提高材料的导电性和稳定性。

主权项

一种锗掺杂高能量密度的钴酸锂复合正极材料的制备方法，使用该方法制备的正极材料，具有较高能量密度的同时，还具良好的循环性能。为了实现上述目的，本发明提供的一种锗掺杂高能量密度的钴酸锂复合正极材料的制备方法，该锗掺杂复合钴酸锂的化学式为LiCo_{1‑x‑y‑z}Mg_xAl_yGe_zO₂，其中：x=0.22‑0.3，y=0.15‑0.25，z=0.035‑0.05，该方法包括如下步骤：（1）制备四氧化三钴首先用去离子水分别将工业级的氯化钴与草酸铵配制成该两种物质浓度为2‑3M、0.5‑1M的混合溶液，用去离子水将工业级的氢氧化钠和氨水配成该两种物质浓度为3‑5M、1‑2M的混合溶液，在45‑60℃的水浴中，将上述两种混合溶液按照体积比1:2‑3同时加入到反应容器中，控制PH值为10‑12，将反应生成的沉淀陈化6‑8h；将陈化后的沉淀，用去离子水洗涤直到PH小于7.5，然后过滤，在110‑130℃的烘箱中烘干，将烘干粉末在750‑880℃温度下煅烧5‑7h，得到纯度≥99.8％的高密度球形四氧化三钴；（2）备料按照上述化学式中的Li、Co、Mg、Al、Ge的摩尔量称取纯度大于99.5%的氧化锂、上述方法制备的四氧化三钴、纯度大于99.5%的氧化铝、纯度大于99.5%的氧化镁、纯度大于99.5%的氧化锗，并称取占最终产品质量的2‑3wt%的乙炔黑和酚醛树脂混合物备用，其中乙炔黑和酚醛树脂的质量比为1:0.5‑1；（3）制备锗掺杂钴酸锂复合正极材料的前驱体将上述称取的氧化锂、四氧化三钴、氧化铝、氧化镁和氧化锗机械混合后在1300‑1500℃的温度下融化，冷却后球磨成粉，在850‑900℃下烧结2‑3h，得到锗掺杂钴酸锂复合正极材料的前驱体；（4）合成锗掺杂钴酸锂复合正极材料将上述前驱体与上述称量乙炔黑和酚醛树脂的混合物一起加入到行星球磨机中以转速300‑400r/min球磨6‑8h，干燥；将干燥后的物料置于氦气和氧气的混合气氛中烧结，其中氩气和氧气的体积比为10:1‑2，烧结温度在次烧结温度在900‑1050℃之间，保温8‑10h；烧结后降至室温，粉碎、筛分，得到产品。