本申請(qǐng)涉及鈷酸鋰電池領(lǐng)域，尤其涉及一種化合物及其用途、鈷酸鋰正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池(lib)作為目前最有前途的新一代儲(chǔ)能技術(shù)之一，其具有大比容量、高電壓、高功率、高效率并且對(duì)環(huán)境污染小的優(yōu)勢(shì)。鋰離子電池主要由正極、負(fù)極、電解質(zhì)和隔膜等關(guān)鍵成分組成，鋰離子電池的電化學(xué)性能在很大程度上取決于電極的活性材料，其中，正極材料在決定鋰離子電池性能(例如容量、熱穩(wěn)定性和電勢(shì))方面起著重要作用，是系統(tǒng)+中主要的鋰離子(li)供體，決定鋰離子電池的容量，并影響電池的成本。目前常見(jiàn)的鋰離子電池正極材料主要有鈷酸鋰licoo2、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等，其中，仍以鈷酸鋰licoo2的應(yīng)用最廣泛技術(shù)最成熟。

2、現(xiàn)有技術(shù)1：中國(guó)專利申請(qǐng)202310521568.7中公開(kāi)了一種復(fù)合富鋰材料及其制備方法、正極和二次電池，所述制備方法為：提供配體、富鋰材料和有機(jī)溶劑；將所述配體、所述富鋰材料和所述有機(jī)溶劑進(jìn)行混合處理，制得鋰混合液；除去所述鋰混合液中的所述有機(jī)溶劑，制得復(fù)合富鋰材料；其中，所述配體包括有機(jī)螯合劑。

3、該方案以復(fù)合富鋰材料作為補(bǔ)鋰添加劑，富鋰材料中的鋰離子有效地補(bǔ)充鋰離子電池sei膜形成過(guò)程消耗的鋰離子，同時(shí)，配體中的有機(jī)螯合劑有效地螯合在鋰離子電池的循環(huán)過(guò)程中正極材料所釋放的過(guò)渡金屬，避免了過(guò)渡金屬對(duì)sei膜的破壞，降低sei膜修復(fù)消耗的鋰離子，提高了鋰離子電池的首充容量，并降低了循環(huán)過(guò)程中的容量衰減，提高了鋰離子電池的壽命。

4、現(xiàn)有技術(shù)2：中國(guó)專利申請(qǐng)201811384770.5中公開(kāi)了一種鋰電池電極片及其制備方法，其制備方法為：將活性材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、螯合劑按比例分散在溶劑中，制備成電池漿料，將漿料涂覆于集流體上，經(jīng)熱處理和輥壓處理得到極片。

5、該方案中漿料中的螯合劑具有羧基、氨基等官能團(tuán)，可以與粘結(jié)劑和活性物質(zhì)表面的羧基或者羥基官能團(tuán)產(chǎn)生相互作用，同時(shí)螯合劑也可以與箔材金屬表面(殘余金屬離子)有較強(qiáng)的絡(luò)合作用，起到了粘合劑的作用，因此，可以在降低極片高分子粘結(jié)劑的用量的同時(shí)大大提高電極漿料與集流體箔材之間的粘結(jié)力，從而在提升電池的循環(huán)壽命和倍率性能的同時(shí)提升電池的能量密度。

6、本方案需要解決的問(wèn)題：如何提出一種化合物對(duì)鈷酸鋰正極材料進(jìn)行包覆，提升鈷酸鋰正極材料的電化學(xué)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)的目的是提出一種化合物及其制備方法、鈷酸鋰正極材料及其制備方法、鈷酸鋰電池，在已進(jìn)行過(guò)一次包覆的鈷酸鋰正極材料表面用化合物進(jìn)行二次包覆，進(jìn)一步提升鈷酸鋰正極材料的電化學(xué)性能。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)公開(kāi)了一種化合物，所述化合物的結(jié)構(gòu)通式如式i所示：

3、式i；

4、其中r1為c1-4烷基；

5、r2為鹵素。

6、優(yōu)選地，所述r1為甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、異丙基中的至少一種；

7、所述鹵素為氟氯溴碘中的至少一種；

8、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述r1為異丙基，所述鹵素為溴。

9、此外，還公開(kāi)了上述化合物用作鈷酸鋰正極材料的包覆劑的用途。

10、此外，還公開(kāi)了一種用于制備上述化合物的制備方法，包含以下步驟：將含有c1-4烷基、鹵素的化合物a和乙二醛進(jìn)行縮合反應(yīng)制得化合物b，再將化合物b和聚甲醛、氯化氫進(jìn)行縮合反應(yīng)制得化合物。

11、優(yōu)選地，具體包括：

12、步驟a：在反應(yīng)釜中加入化合物a、催化劑、濃度為40%的乙二醛水溶液、去離子水，并在300rpm/min轉(zhuǎn)速下緩慢加入ph調(diào)節(jié)劑，攪拌1～3h，再加入170～210ml去離子水，過(guò)濾、醇洗、干燥，得到化合物b；

13、步驟b：配制氯化氫濃度為4mol/l的氯化氫二惡烷溶液，與多聚甲醛共同加入反應(yīng)釜，300r/min攪拌25～45min，加入化合物b與四氫呋喃，再攪拌1.8～2.2h，減壓過(guò)濾，得到固體粉末；

14、步驟c：將固體粉末溶于二氯甲烷中，再加入乙醚進(jìn)行沉淀、過(guò)濾，得到化合物。

15、其中化合物a、化合物b的結(jié)構(gòu)通式如式ii、式iii所示：

16、式ii；

17、式iii。

18、優(yōu)選地，所述步驟a中化合物a、催化劑、乙二醛、ph調(diào)節(jié)劑和水的摩爾比為1：100～112：0.9～1.2：0.05～0.07：40～50；

19、所述步驟b中多聚甲醛、氯化氫、化合物b與四氫呋喃的摩爾比是1：1.15～1.20：0.39～0.46：9～11；

20、所述步驟c中二氯甲烷與固體粉末的質(zhì)量比為6.61～13.2:1，乙醚與固體粉末質(zhì)量比為18.4～22.1:1。

21、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述催化劑為正丙醇，所述ph調(diào)節(jié)劑為甲酸。

22、此外，還公開(kāi)了一種鈷酸鋰正極材料，包括鈷酸鋰核層和包覆在鈷酸鋰核層表面的上述化合物。

23、此外，還公開(kāi)了一種用于制備上述鈷酸鋰正極材料的制備方法，將化合物包覆至鈷酸鋰核層的表面。

24、優(yōu)選地，包括以下步驟：

25、步驟1：鋰源、鈷源混合燒結(jié)，制備一燒物料；

26、步驟2：將化合物和一燒物料混合后升溫保溫，得到鈷酸鋰正極材料。

27、進(jìn)一步優(yōu)選地，具體包括以下步驟：

28、步驟1：將鈷源、鋰源、含元素d的金屬氧化物進(jìn)行混合，得到混合物料；

29、步驟2：將混合物料置于空氣氣氛中，一次燒結(jié)、顎破、對(duì)輥、粉碎、過(guò)篩和除磁操作，得到一次燒結(jié)料；

30、步驟3：將一次燒結(jié)料與包覆物e、含元素d的金屬氧化物混合，置于空氣氣氛中進(jìn)行二次燒結(jié)、粉碎、過(guò)篩、除磁，得到二次燒結(jié)料；

31、步驟4：將二次燒結(jié)料與化合物混合后，升溫保溫后，得到鈷酸鋰正極材料。

32、優(yōu)選地，所述元素d選自mg、al、ti中的至少一種：

33、所述包覆物e選自co（oh）2、coooh中的至少一種；

34、所述步驟3中包覆物e的添加量為一次燒結(jié)料質(zhì)量的1～2%，含元素d的金屬氧化物的添加量為一次燒結(jié)料質(zhì)量的0.1～0.3%；

35、所述步驟4的化合物的添加量為二次燒結(jié)體質(zhì)量的0.06%～0.16%。

36、此外，還公開(kāi)了一種鈷酸鋰電池，含有上述鈷酸鋰正極材料。

37、本申請(qǐng)的有益效果是：

38、本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N化合物及其用途、鈷酸鋰正極材料及其制備方法、鈷酸鋰電池，利用化合物中良好的熱穩(wěn)定性，提高材料的耐高溫性能；且化合物具有一定的導(dǎo)電性，改善材料的倍率性能，同時(shí)化合物與第一包覆層通過(guò)耦合形成螯合物，緊密結(jié)合且均勻分布在第一包覆層上可，有效阻礙電解液腐蝕，減少表面副反應(yīng)，進(jìn)一步提升鈷酸鋰正極材料的電化學(xué)性能。

技術(shù)特征：

1.一種化合物，其特征在于，所述化合物的結(jié)構(gòu)通式如式i所示：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物，其特征在于，所述r1為甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、異丙基中的至少一種；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物，其特征在于，所述r1為異丙基，所述鹵素為溴。

4.如權(quán)利要求1-3任一所述的化合物用作鈷酸鋰正極材料的包覆劑的用途。

5.一種用于制備權(quán)利要求1-3中任一所述的化合物的制備方法，其特征在于，包含以下步驟：將含有c1-4烷基、鹵素的化合物a和乙二醛進(jìn)行縮合反應(yīng)制得化合物b，再將化合物b和聚甲醛、氯化氫進(jìn)行縮合反應(yīng)制得化合物。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的化合物的制備方法，其特征在于，具體包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的化合物的制備方法，其特征在于，所述步驟a中化合物a、催化劑、乙二醛、ph調(diào)節(jié)劑和水的摩爾比為1：100～112：0.9～1.2：0.05～0.07：40～50；

8.一種鈷酸鋰正極材料，其特征在于，包括鈷酸鋰核層和包覆在鈷酸鋰核層表面的如權(quán)利要求1-3任一所述的化合物。

9.一種用于制備權(quán)利要求8所述的鈷酸鋰正極材料的制備方法，其特征在于，將化合物包覆至鈷酸鋰核層的表面。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鈷酸鋰正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鈷酸鋰正極材料的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鈷酸鋰正極材料的制備方法，其特征在于，所述元素d選自mg、al、ti中的至少一種：

13.一種鈷酸鋰電池，其特征在于，含有權(quán)利要求8所述的鈷酸鋰正極材料。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)屬于鈷酸鋰電池領(lǐng)域，尤其涉及一種化合物及其用途，所述化合物結(jié)構(gòu)通式如下所示：其中R1基團(tuán)為烷基基團(tuán)、R2基團(tuán)為鹵族基團(tuán)；同時(shí)，本申請(qǐng)還公開(kāi)了鈷酸鋰正極材料及其制備方法、鈷酸鋰電池，通過(guò)化合物的耦合包覆，有效提高鈷酸鋰正極材料的電化學(xué)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：趙靖弘,簡(jiǎn)健明,黃鳳怡,劉澤華,李宇東,黃政權(quán),楊連昌,范江,萬(wàn)國(guó)江,曾繁裕
受保護(hù)的技術(shù)使用者：英德市科恒新能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19