【】本发明涉及锂电池，特别涉及一种钴酸锂电极材料及其制备方法、电极片及其制备方法、锂电池、电子设备。
背景技术
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背景技术：
1、层状钴酸锂(lco)作为电极材料的锂离子电池由于其高能量密度、大压实密度、充放电电压稳定且工作电压高等特点，一直在电池市场中占据主导地位；如今，lco仍然有很大的潜力实现更高的比容量；提高能量密度的方法通常有：增加压实度、调整活性材料质量比、预锂化、提高钴酸锂截止电压等；其中，提高钴酸锂上限截止电压以从lco中提取更多的l i+来提高容量是非常有效的，然而，将lco充电至高电压会带来一些材料性能的劣化，导致容量衰减和循环稳定性差。
2、为了提高界面稳定性并保持lco的电化学性能，人们探索了各种表面涂覆和掺杂策略；研究表明，表面涂覆结合表面掺杂是缓解高电压下界面问题的有效方法；但如今很多的表面涂覆结合表面掺杂的方法会影响钴酸锂表面材料的稳定性和安全性，进而对其电化学性能造成不利影响。
技术实现思路
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技术实现要素：
1、为解决现有的钴酸锂表面涂覆结合表面掺杂的方法会影响钴酸锂电池表面材料稳定性和安全性的问题，本发明提供了一种钴酸锂电极材料及其制备方法、电极片及其制备方法、锂电池、电子设备。
2、本发明为上述解决技术问题，提供以下方案：
3、一种钴酸锂电极材料的制备方法，包括如下步骤：按照预设摩尔比将钠源、钾源、硅源、铝源和m金属盐混合得到前驱体，预设摩尔比为n(na):n(k):n(a l):n(s i):n(m)＝x:(1-x):0.2:3:0.8,0＜x＜1；其中m金属元素为mg、ca、sc、t i、v、c r、mn、fe、co、n i、c u、z n、g a、g e、s r、y、z r、n b、mo、i n、la、ce之中的一种或多种；将前驱体加入去离子水中搅拌均匀得到溶液a；将钴酸锂粉末加入到溶液a中继续搅拌得到混合溶液；混合溶液反应完成并干燥后得到混合物，将所述混合物进行烧结研磨处理后，得到所需非晶氧化物包覆的钴酸锂电极材料；其中在烧结过程中所述前驱体形成非晶氧化物；其中钴酸锂粉末与非晶氧化物质量比为1：(0.1％～10％)。
4、优选地，钠源包括氢氧化钠、硝酸钠、硫酸钠、乙酸钠中的一种；钾源包括氢氧化钾、硝酸钾、硫酸钾、乙酸钠钾中的一种；硅源包括四氯化硅；铝源包括硝酸铝、硫酸铝、乙酸铝中的一种；m金属盐包括硝酸盐、硫酸盐、乙酸盐、草酸盐、铵盐中的一种。
5、优选地，所述非晶氧化物的结构式为(naxk1-x)(a l 0.2m0.8)s i 3o8，0＜x＜1。
6、优选地，将混合溶液充分反应并干燥具体包括以下步骤：将所述混合溶液装入高压水热釜中进行反应，反应时间为8-24小时，反应温度为160-280℃，反应结束后取出沉淀物使用无水乙醇清洗抽滤，干燥后得到所述混合物。
7、优选地，将所述混合物进行研磨烧结处理具体包括以下步骤：将所述混合物置于加热炉中在空气氛围进行烧结，在400-800℃的温度下保温烧结2-6h，待自然冷却并研磨过筛后得到所需非晶氧化物包覆的钴酸锂电极材料。
8、本发明还提供一种钴酸锂电极材料，通过如上所述的钴酸锂电极材料的制备方法制备获得，包括钴酸锂和包覆在所述钴酸锂表面的非晶氧化物，所述非晶氧化物为钠源、钾源、硅源、铝源和m金属盐的混合物，所述钠源、钾源、硅源、铝源和m金属盐的摩尔比为n(na):n(k):n(a l):n(s i):n(m)＝x:(1-x):0.2:3:0.8,0＜x＜1；其中m金属元素为mg、ca、sc、t i、v、c r、mn、fe、co、n i、c u、z n、g a、g e、s r、y、z r、n b、mo、i n、la、ce之中的一种或多种。
9、本发明还提供一种电极片，包括电极浆料和集流体，所述电极浆料包括如上所述的钴酸锂电极材料，所述电极浆料设置在所述集流体上。
10、本发明还提供一种电极片的制备方法，用于制备如上所述的电极片，包括如下步骤：将所述钴酸锂电极材料、导电石墨、pvdf粘结剂、n-甲基吡咯烷酮按照一定的质量比进行混合，制成电极浆料；将所述电极浆料形成在集流体上并干燥得到所需电极片。
11、本发明还提供一种锂电池，包括正极部分、电解液和负极部分；其中正极部分包括如上所述的电极片。
12、本发明还提供一种电子设备，包括承载装置和如上所述的锂电池，所述锂电池设置在所述承载装置上。
13、与现有技术相比，本发明提供的一种钴酸锂电极材料及其制备方法、电极片及其制备方法、锂电池、电子设备具有以下优点：
14、1.本发明提供的钴酸锂电极材料的制备方法，按照预设摩尔比将钠源、钾源、硅源、铝源和m金属盐混合得到前驱体，预设摩尔比为n(na):n(k):n(a l):n(s i):n(m)＝x:(1-x):0.2:3:0.8,0＜x＜1；其中m金属元素为mg、ca、sc、t i、v、c r、mn、fe、co、n i、c u、zn、g a、g e、s r、y、z r、n b、mo、i n、la、ce之中的一种或多种；再将前驱体加入去离子水中搅拌均匀得到溶液a；之后将钴酸锂粉末加入到溶液a中继续搅拌得到混合溶液；待混合溶液反应完成并干燥后得到混合物，将混合物进行烧结研磨处理后，即得到所需非晶氧化物包覆的钴酸锂电极材料；其中在烧结过程中前驱体形成非晶氧化物；钴酸锂粉末与非晶氧化物质量比为1：(0.1％～10％)；在烧结过程中，钴酸锂材料表面包覆非晶氧化物层，此过程中na、k碱金属元素掺杂进入l i离子位，提高钴酸锂材料的导电性和容量密度，a l、m等金属元素掺杂过渡金属离子位，扩充了钴酸锂材料的离子框架，使锂离子更容易迁移，掺杂过程是在烧结过程中自发进行的梯度扩散；非晶氧化物层具有良好的锂离子传输速率；非晶氧化物层包覆钴酸锂材料，提高钴酸锂材料的结构稳定性，抑制高电压下钴酸锂材料的有害相变，降低高脱锂态晶界位错与内应力，进而降低钴酸锂与电解液界面电荷转移阻抗，因此有利于锂离子电池钴酸锂材料的电化学稳定性。
15、2.钠的化合物包括氢氧化钠、硝酸钠、硫酸钠、乙酸钠中的一种；钾的化合物包括氢氧化钾、硝酸钾、硫酸钾、乙酸钠钾中的一种；硅的化合物包括但不限于四氯化硅；铝的化合物包括硝酸铝、硫酸铝、乙酸铝中的一种；m金属盐包括硝酸盐、硫酸盐、乙酸盐、草酸盐、铵盐中的一种；针对不同的需求，选择合适的原料制备所需的钴酸锂正极材料，从而使钴酸锂正极材料在锂电池中获得更广泛的应用。
16、3.将混合溶液充分反应并干燥具体包括以下步骤：将混合溶液装入高压水热釜中进行反应，反应时间为8-24小时，反应温度为160-280℃，反应结束后取出沉淀物使用无水乙醇清洗抽滤，干燥后得到所述混合物；采用水热沉淀法在钴酸锂材料表面均匀生长出致密保护膜，与当前常用的球磨法、气相沉积法等方法相比，方法简单，制备成本低。由于非晶材料体相杨氏模量低，
17、保形性好，能均匀包覆在钴酸锂材料表面。
18、4.将混合物进行研磨烧结处理具体包括以下步骤：将混合物置于加热炉中在空气氛围进行烧结，在400-800℃的温度下保温烧结2-6h，待自然冷却并研磨过筛后得到所需非晶氧化物包覆的钴酸锂电极材料；在进行烧结处理后再进行研磨，可提高钴酸锂电极材料晶格结构的稳定性。
19、5.非晶氧化物的结构式为(naxk1-x)(a l 0.2m0.8)s i 3o8，0<x<1；非晶氧化物层具有良好的锂离子传输速率；非晶氧化物层包覆钴酸锂材料，提高钴酸锂材料的结构稳定性，抑制高电压下钴酸锂材料的有害相变，降低高脱锂态晶界位错与内应力，进而降低钴酸锂与电解液界面电荷转移阻抗，因此有利于锂离子电池钴酸锂材料的电化学稳定性。
20、6.本发明提供一种钴酸锂电极材料，通过如上所述的钴酸锂电极材料的制备方法制备获得；上述钴酸锂电极材料的制备方法中已说明钴酸锂电极材料的有益效果，在此不再赘述。
21、7.本发明还提供一种电极片，包括电极浆料和集流体，电极浆料包括如上所述的钴酸锂电极材料，电极浆料设置在集流体上；具有与上述钴酸锂电极材料相同的有益效果，在此不再赘述。
22、8.本发明还提供一种电极片的制备方法，用于制备如上所述的电极片，包括如下步骤：将钴酸锂电极材料、导电石墨、pvdf粘结剂、n-甲基吡咯烷酮(nmp)按照一定的质量比进行混合，制成电极浆料；将电极浆料形成在集流体上并干燥得到所需电极片；n-甲基吡咯烷酮(nmp)是一种选择性强和稳定性好的极性溶剂，是锂电池电极浆料的优良溶剂，pvdf粘结剂不与电极材料反应，在溶剂中溶解性好并且具有较高的黏结性。
23、9.本发明还提供一种锂电池，包括正极部分、电解液和负极部分；其中正极部分包括如上所述的电极片；具有与上述钴酸锂电极材料相同的有益效果，在此不再赘述。
24、10.本发明还提供一种电子设备，包括承载装置和如上所述的锂电池，锂电池设置在承载装置上；具有与上述钴酸锂电极材料相同的有益效果，在此不再赘述。
1.一种钴酸锂电极材料的制备方法，其特征在于：
2.如权利要求1所述的钴酸锂电极材料的制备方法，其特征在于：钠源包括氢氧化钠、硝酸钠、硫酸钠、乙酸钠中的一种；钾源包括氢氧化钾、硝酸钾、硫酸钾、乙酸钠钾中的一种；硅源包括四氯化硅；铝源包括硝酸铝、硫酸铝、乙酸铝中的一种；m金属盐包括硝酸盐、硫酸盐、乙酸盐、草酸盐、铵盐中的一种。
3.如权利要求1所述的钴酸锂电极材料的制备方法，其特征在于：所述非晶氧化物的结构式为(na x k 1-x)(al 0.2m 0.8)si 3o 8，0＜x＜1。
4.如权利要求1所述的钴酸锂电极材料的制备方法，其特征在于，将混合溶液反应完成并干燥具体包括以下步骤：
5.如权利要求1所述的钴酸锂电极材料的制备方法，其特征在于，将所述混合物进行研磨烧结处理具体包括以下步骤：
6.一种钴酸锂电极材料，通过如权利要求1-5任一项所述的钴酸锂电极材料的制备方法制备获得，其特征在于：包括钴酸锂和包覆在所述钴酸锂表面的非晶氧化物，所述非晶氧化物为钠源、钾源、硅源、铝源和m金属盐的混合物，所述钠源、钾源、硅源、铝源和m金属盐的摩尔比为n(na):n(k):n(al):n(si):n(m)＝x:(1-x):0.2:3:0.8,0＜x＜1；其中m金属元素为mg、ca、sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、ga、ge、sr、y、zr、nb、mo、in、la、ce之中的一种或多种。
7.一种电极片，其特征在于：包括电极浆料和集流体，所述电极浆料包括如权利要求6所述的钴酸锂电极材料，所述电极浆料设置在所述集流体上。
8.一种电极片的制备方法，用于制备权利要求7所述的电极片，其特征在于：包括如下步骤：
9.一种锂电池，其特征在于：包括正极部分、电解液和负极部分；其中正极部分包括如权利要求7所述的电极片。
10.一种电子设备，其特征在于：包括承载装置和如权利要求9所述的锂电池，所述锂电池设置在所述承载装置上。
