專利名稱：鈷的氧化物及其復合材料，以及鈷的氧化物復合材料的制備方法
技術領域：
本發明涉及ー種鈷的氧化物及其復合材料，以及鈷的氧化物復合材料的制備方法。
背景技術：
穩定存在的鈷的氧化物主要有3種，S卩四氧化三鈷(Co3O4)、氧化亞鈷(CoO)及氧化鈷(Co2O3)15其中，雖然鈷可以有+4價，然而目前尚未有實際方法得到穩定的+4價鈷的氧化物。
發明內容
有鑒于此，確有必要提供ー種鈷的氧化物復合材料的制備方法，能夠得到穩定的四價鈷的氧化物。ー種鈷的氧化物復合材料的制備方法，其包括以下步驟提供鈷酸鋰顆粒，加入硝酸鋁溶液中形成混合物溶液；將磷酸鹽溶液加入該混合物溶液進行反應而形成鈷酸鋰復合材料，該鈷酸鋰復合材料包括鈷酸鋰顆粒及于該鈷酸鋰顆粒表面形成的磷酸鋁層；熱處理該鈷酸鋰復合材料；以及在大于4. 5V且小于等于5V電壓下，進行電化學脫鋰反應。ー種鈷的氧化物，由化學式CcvyMyO2表示，其中0<y<0.9，M選自堿金屬元素、堿土金屬元素、第13族元素、第14族元素、過渡族元素及稀土元素中的ー種或多種。—種鈷的氧化物復合材料，其包括鈷的氧化物，以及包覆于該鈷的氧化物表面的磷酸鋁層，該鈷的氧化物由化學式CcvyMyO2表示，其中O < y < O. 9，M選自堿金屬元素、堿土金屬元素、第13族元素、第14族元素、過渡族元素及稀土元素中的ー種或多種。相較于現有技術，本發明在鈷酸鋰顆粒表面包覆一層厚度均勻且連續的磷酸鋁層，該磷酸鋁層能夠明顯提高鈷酸鋰顆粒的電化學穩定性，將包覆后的鈷酸鋰復合材料通過電化學方法進行電化學深度脫鋰，使鈷酸鋰中的鋰離子從層狀ニ氧化鈷結構中脫出，得到鈷的+4價氧化物復合材料。在該復合材料中，該+4價鈷的氧化物的表面具有磷酸鋁層，抑制+4鈷被還原，使該+4價鈷的氧化物具有較好的穩定性。通過該電化學法制備的鈷的氧化物具有層狀結構，至少可以作為一次電池的正極使用。
圖I為本發明實施例鈷的氧化物復合材料的電化學制備方法的過程示意圖。圖2為本發明實施例鈷的氧化物復合材料的電化學制備方法的流程圖。圖3為從鈷酸鋰形成氧化鈷的分子結構示意圖。圖4為本發明實施例鈷酸鋰復合材料的掃描電鏡照片。圖5為本發明實施例鈷酸鋰復合材料的透射電鏡照片。圖6為本發明實施例鈷酸鋰復合材料的循環性能測試曲線。
圖7為本發明實施例鈷的氧化物復合材料的XRD測試圖譜。圖8為對比試驗的鈷酸鋰復合材料的結構示意圖。圖9為對比試驗的高倍放大的磷酸鋁包覆鈷酸鋰的掃描電鏡照片。圖10為對比試驗的低倍放大的磷酸鋁包覆鈷酸鋰的掃描電鏡照片。圖11為對比試驗的磷酸鋁包覆的鈷酸鋰的循環性能測試曲線。主要元件符號說明
權利要求
1.ー種鈷的氧化物復合材料的制備方法，其包括以下步驟 提供鈷酸鋰顆粒，加入硝酸鋁溶液中形成混合物溶液； 將磷酸鹽溶液加入該混合物溶液進行反應而形成鈷酸鋰復合材料，該鈷酸鋰復合材料包括鈷酸鋰顆粒及于該鈷酸鋰顆粒表面形成的磷酸鋁層； 熱處理該鈷酸鋰復合材料；以及 在大于4. 5V且小于等于5V電壓下，進行電化學脫鋰反應。
2.如權利要求I所述的鈷的氧化物復合材料的制備方法，其特征在于，在所述鈷酸鋰顆粒加入硝酸鋁溶液的步驟中，進ー步控制該鈷酸鋰顆粒的加入量，使所述混合物呈泥漿狀。
3.如權利要求I所述的鈷的氧化物復合材料的制備方法，其特征在于，該硝酸鋁溶液包括溶劑及溶解于該溶劑的硝酸鋁。
4.如權利要求3所述的鈷的氧化物復合材料的制備方法，其特征在于，該溶劑為こ醇。
5.如權利要求I所述的鈷的氧化物復合材料的制備方法，其特征在于，該磷酸鹽溶液包括水及溶解于水的磷酸氨鹽，該磷酸氨鹽包括磷酸ニ氫銨、磷酸氫ニ銨及磷酸三銨中的ー種或幾種的混合。
6.如權利要求I所述的鈷的氧化物復合材料的制備方法，其特征在于，該熱處理溫度為400で至800 0C ο
7.如權利要求I所述的鈷的氧化物復合材料的制備方法，其特征在于，該硝酸鋁溶液的體積與該鈷酸鋰顆粒的體積比為1:10至1:40。
8.如權利要求I所述的鈷的氧化物復合材料的制備方法，其特征在于，該硝酸鋁溶液的體積為30 ■升,該鈷酸鋰顆粒的加入量為100克。
9.如權利要求I所述的鈷的氧化物復合材料的制備方法，其特征在于，所述電化學脫鋰反應進ー步包括 組裝電化學電池，將該鈷酸鋰復合材料作為電化學電池的正極活性物質；以及 將該電化學電池充電。
10.如權利要求9所述的鈷的氧化物復合材料的制備方法，其特征在于，在所述充電步驟中，將該電化學電池充電至5V。
11.如權利要求I所述的鈷的氧化物復合材料的制備方法，其特征在于，該鈷的氧化物由化學式CcvyMyO2表示，其中O < y < O. 9，M為堿土金屬元素、第13族元素、第14族元素、過渡族元素及稀土元素中的ー種或多種。
12.如權利要求I所述的鈷的氧化物復合材料的制備方法，其特征在于，該磷酸鋁層在該鈷酸鋰復合材料中的質量百分比為O. 1%至3%。
13.如權利要求I所述的鈷的氧化物復合材料的制備方法，其特征在于，該磷酸鋁層在該鈷酸鋰復合材料中的質量百分比為1%至I. 5%。
14.如權利要求I所述的鈷的氧化物復合材料的制備方法，其特征在于，該磷酸鋁層的厚度為5納米至20納米。
15.如權利要求I所述的鈷的氧化物復合材料的制備方法，其特征在于，該磷酸鋁層厚度均勻且連續。
16.—種鈷的氧化物，由化學式CcvyMyO2表不,其中O < y < O. 9, M為堿土金屬兀素、第13族元素、第14族元素、過渡族元素及稀土元素中的ー種或多種。
17.如權利要求16所述的鈷的氧化物，其特征在于，該鈷的氧化物的材料為ニ氧化鈷。
18.—種鈷的氧化物復合材料，其包括如權利要求16或17所述的鈷的氧化物，以及包覆于該鈷的氧化物表面的磷酸鋁層。
19.如權利要求18所述的鈷的氧化物復合材料，其特征在于，所述磷酸鋁層在該鈷的氧化物復合材料中的質量百分比為O. 1%至3%。
20.如權利要求18所述的鈷的氧化物復合材料，其特征在于，所述磷酸鋁層的厚度為5納米至20納米。
全文摘要
本發明涉及一種鈷的氧化物復合材料的制備方法，其包括以下步驟提供鈷酸鋰顆粒，加入硝酸鋁溶液中形成混合物溶液；將磷酸鹽溶液加入該混合物溶液進行反應而形成鈷酸鋰復合材料，該鈷酸鋰復合材料包括鈷酸鋰顆粒及于該鈷酸鋰顆粒表面形成的磷酸鋁層；熱處理該鈷酸鋰復合材料；以及在大于4.5V且小于等于5V電壓下，進行電化學脫鋰反應。本發明還涉及一種鈷的氧化物及其復合材料。
文檔編號H01M4/52GK102842705SQ20111016899
公開日2012年12月26日 申請日期2011年6月22日 優先權日2011年6月22日
發明者李建軍, 何向明, 王莉, 王丹, 黃賢坤, 姜長印 申請人:清華大學, 鴻富錦精密工業(深圳)有限公司