(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111546529.X (22)申请日 2021.12.16 (71)申请人 中国科学技术大学 地址 230026 安徽省合肥市金寨路96号 (72)发明人 丁锦文　张晓磊　章根强　 (74)专利代理 机构 合肥市浩智运专利代理事务 所(普通合伙) 34124 代理人 缪璐欢 (51)Int.Cl. H01M 4/62(2006.01) H01M 4/36(2006.01) H01M 4/525(2010.01) H01M 10/0525(2010.01) C01B 25/45(2006.01) C01G 51/00(2006.01) (54)发明名称 磷酸锆锂快离子导体包覆改性的钴酸锂正 极材料及其制备方法与应用 (57)摘要 本发明公开一种磷酸锆锂快离子导体包覆 改性的钴酸锂正极材料， 涉及锂离子电池正极材 料技术领域， 磷酸锆锂快离子导体包覆在钴酸锂 正极材料表 面并形成微粒， 磷酸锆锂 快离子导体 的质量为0.5～5wt％， 正极材料的粒径范围为6 ～8μm， 形貌为类球形。 本发明还提供正极材料 的制备方法及应用。 本发明的有益效果在于： 本 发明中的正极材料在更高充电电压4.6V下具有 优异的倍率性能和循环稳定性， 在3.0～4.6V， 0.1C下， 首次放电容量可高达217.5mAh/g， 循环 40圈后， 容量 保持率高达 77.8％； 在0.5C下， 首次 放电容量可高达214.9mAh/g， 循环100圈后， 容量 保持率高达75.1％。 权利要求书1页 说明书6页 附图5页 CN 114335534 A 2022.04.12 CN 114335534 A 1.一种磷酸锆锂快离子导体包覆改性的钴酸锂正极材料， 其特征在于： 所述磷酸锆锂 快离子导体包覆在钴酸锂正极材料表面并形成微粒， 所述磷酸锆锂快离子导体的质量为 0.5～5wt％， 所述 正极材料的粒径范围为6～8 μm， 形貌为类 球形。 2.根据权利要求1所述的磷酸锆锂快离子导体包覆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： (1)将锂源化合物、 锆源化合物、 磷源化合物按照摩尔比溶解在有机溶剂或水中， 缓慢 搅拌至固体完全溶解并形成乳白色悬浊液； 再加入钴酸锂粉末， 搅拌 并加热， 直至溶剂挥发 留下固体团聚物； (2)将步骤(1)所 得固体团聚物进行研磨， 得到黑色且均匀的粉末； (3)将步骤(2)所得粉末在高温下进行烧结， 得到磷酸锆锂快离子导体包覆的钴酸锂正 极材料。 3.根据权利要求2所述的磷酸锆锂快离子导体包覆改性的钴酸锂正极材料的制备方 法， 其特征在于： 所述锂源化合物选自硫酸锂、 碳酸锂、 硝酸锂和氢氧化锂中的一种或几种； 所述锆源化合物选 自氯化锆、 硝酸锆和硫酸锆中的一种或几种； 所述磷源化合物选自磷酸 氢二铵、 磷酸 二氢铵和磷酸锂中的一种或几种。 4.根据权利要求2所述的磷酸锆锂快离子导体包覆改性的钴酸锂正极材料的制备方 法， 其特征在于： 所述有机溶剂为甲醇、 乙醇、 乙二醇和异丙醇中的一种或几种。 5.根据权利要求2所述的磷酸锆锂快离子导体包覆改性的钴酸锂正极材料的制备方 法， 其特征在于： 所述磷酸锆锂快离 子导体与钴酸锂 粉末的质量比为0.1～5:10 0。 6.根据权利要求2所述的磷酸锆锂快离子导体包覆改性的钴酸锂正极材料的制备方 法， 其特征在于： 所述搅拌并加热的温度为5 0～100℃， 搅拌时间为2 ～8h。 7.根据权利要求6所述的磷酸锆锂快离子导体包覆改性的钴酸锂正极材料的制备方 法， 其特征在于： 所述烧 结的升温速率为1～5℃/min， 升温至600～1000℃， 保温2～8h， 烧结 气氛为空气。 8.根据权利要求7所述的磷酸锆锂快离子导体包覆改性的钴酸锂正极材料的制备方 法， 其特征在于： 升温至80 0～1000℃。 9.根据权利要求1所述的磷酸锆锂快离子导体包覆改性的钴酸锂正极材料在锂离子电 池中的应用。 10.根据权利要求9所述的磷酸锆锂快离子导体包覆改性的钴酸锂正极材料在锂离子 电池中的应用， 其特征在于： 将正极材料、 导电剂、 聚偏氟乙烯混合， 涂于铝箔上制得正极 片， 以锂金属为负极， 以聚丙烯为隔膜， 将LiPF6溶解在体积比为1:1:1的EC、 DMC和EMC混合 液中作为电解液， 组装成电池。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114335534 A 2磷酸锆锂快离 子导体包覆改性的钴酸锂正极材料及其制备方 法与应用 技术领域 [0001]本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域， 具体涉及磷酸锆锂快离子导体包覆改 性的钴酸锂正极材 料及其制备 方法与应用。 背景技术 [0002]由于锂离子电池是一种重量轻、 可充电、 能量密度高的电池， 被广泛应用于手机、 笔记本电脑和电动汽 车中。 它们还可以用来储存能源， 如太阳能和风能， 使化石燃料从现代 社会中退出成为可能。 正极材料是限制锂离子电池比容量和能量密度的主要因素之一。 钴 酸锂是主要的正极材料之一， 它 具有放电平台高、 比容量大、 能量密度高、 合成工艺简单等 优点。 但是传统钴酸锂的充电电压被限制在4.3V， 随着各种电子器件和电动汽车对比容量 和能量密度的需求不断提高， 钴酸锂的上截止电压被提高以达到更好的性能。 然而， 随着钴 酸锂上截止电压的增加， 电池循环过程中容量迅速衰减。 具体来说， 在充电过程中钴酸锂经 历了有害的相变， 体积 变化增大， 使得晶粒产生应力并发生变形， 并且钴酸锂表面与电解液 发生副反应， 导致钴的溶解并且阻抗增加。 为了提升钴酸锂在高压下的循环稳定性， 可以采 取离子掺杂和表面包覆等策略。 表面包覆可直接抑制钴酸锂表面与电解液 的接触， 抑制副 反应， 提高循环稳定性。 [0003]如公开号为CN  101969110  A的专利申请中快离子导体改性锂离子电池正极材料 钴酸锂， 但其充电 电压被限制在4.4V， 且首次容 量仅为16 6.5mAh/g。 发明内容 [0004]本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够在高充电电压下具有良好循环稳 定性和倍 率性能的磷酸锆锂快离 子导体包覆改性的钴酸锂正极材 料、 制备方法与应用。 [0005]本发明通过以下技 术手段实现解决上述 技术问题： [0006]一种磷酸锆锂快离子导体包覆改性的钴酸锂正极材料， 所述磷酸锆锂快离子导体 包覆在钴酸锂正极材料表面并形成微粒， 所述磷酸锆锂快离子导体的质量为0.5～5wt％， 所述正极材料的粒径范围为6～8 μm， 形貌为类 球形。 [0007]本发明的原理： 磷酸锆锂是一种快离子导体， 具有高的离子导电性和电子导电性， 磷酸锆锂包覆于钴酸锂表面可以提高锂离子的扩散速率， 使得锂离子可以快速地嵌入和脱 出， 使钴酸锂在4.6V下的倍率性能得到提升， 并且磷酸锆锂包覆于钴酸锂表面抑制了电解 液对钴酸锂的侵蚀， 降低了钴酸锂在循环过程中的阻抗。 磷酸锆锂包覆也减小了钴酸锂在 循环过程中的体积 变化， 减小了晶粒间的应力并且抑制裂纹的产生， 保持了结构的稳定性， 循环稳定性大 大增加。 [0008]有益效果： 与现有技术相比， 本发明中的正极材料在更高充电电压4.6V下具有优 异的倍率性能和循环稳定性， 在3.0～4.6V， 0.1C下， 首次放电容量可高达217.5mAh/g， 循环 40圈后， 容量保持率高达77.8％； 在0.5C下， 首次放电容量可高达214.9mAh/g， 循环100圈说　明　书 1/6 页 3 CN 114335534 A 3