[发明专利]金属掺杂二氧化铈表面修饰锂离子电池高镍正极材料

说明书

本发明公开了一种金属离子掺杂二氧化铈(Ce_1‑xN_xO₂，0≤x≤1)表面修饰锂离子电池高镍正极材料及其制备方法。该锂离子电池高镍材料的化学式为：LiNi_aCo_bM_1‑a‑bO₂(其中a、b为摩尔数，0.5≤a≤1，0≤b≤0.2，M为金属离子Mn、Al和Fe中的一种或几种，Ce_1‑xN_xO₂为表面包覆层材料，0≤x≤1,N为金属离子Sc,Ti,V,Y,Zr,Nb,La,Pr,Nd,Sm,Gd)本发明通过简单的液相前驱体制备、表面修饰和高温固相烧结反应，制备出Ce_1‑xN_xO₂表面修饰锂离子电池高镍材料。Ce_1‑xN_xO₂表面包覆层具有很好的电荷传导能力，有利于锂离子的脱嵌。利用Ce_1‑xN_xO₂表面修饰高镍正极材料可有效提高高镍正极材料的循环性能、倍率性能和安全性能，本发明制备方法的操作简单、成本低、环境友好，易实现工业化大规模生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料的制备技术领域，具体涉及一种金属离子掺杂二氧化铈(Ce_1-xN_xO₂，N为Sc,Ti,V,Y,Zr,Nb,La,Pr,Nd,Sm,Gd，0≤x≤1)表面修饰锂离子电池高镍正极材料及其制备方法。

背景技术

随着锂离子电池技术的迅速发展，锂离子电池作为动力电池已经应用于新能源汽车领域，由于能源危机和环境污染等问题，许多国家制定了扶持新能源行业发展的政策，因此锂离子电池面临着前所未有的发展机遇。锂离子电池高镍正极材料由于其较高的能量密度、较低的成本、良好的循环稳定性和安全性能逐渐成为研究的热点，适合作为电动车或混合电动车的高能量电池正极材料。但是，高镍正极材料在高电位下循环发生相变造成循环稳定性不好，电子导电率低和Li/Ni混排造成倍率性能差，表面大量锂残渣Li₂O或LiOH的存在容易与空气中的CO₂和H₂O发生反应生成Li₂CO₃和LiOH，造成高温气胀和循环性能下降，高脱锂状态下Ni⁴⁺的强氧化性趋于还原生成Ni³⁺而释放O₂造成热稳定性不好，这些问题都是制约其大规模应用的关键。

改善高镍正极材料电化学性能的一个有效方法是对材料进行表面修饰，表面修饰可以抑制材料在充放电过程中晶型的转变和过渡金属的溶解，改变材料表面化学特性从而提高其电化学性能，避免或者减少材料与电解液的直接接触，减少电解液与正极材料的副反应发生，同时包覆层作为导电介质可以促进颗粒表面的Li⁺扩散，是改善循环性能、倍率性能和热稳定性的有效手段。近年来，有不少专利公开了氧化物、氟化物、磷酸盐等表面修饰来改性高镍正极材料的报道，NDC(Ce_1-xN_xO₂，N为Sc,Ti,V,Y,Zr,Nb,La,Pr,Nd,Sm,Gd，0≤x≤1)作为一种很好的电子导体材料，有利于锂离子的脱嵌，但是利用金属离子掺杂二氧化铈对三元高镍正极材料的表面修饰改性研究尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属离子掺杂二氧化铈(Ce_1-xN_xO₂，N为Sc,Ti,V,Y,Zr,Nb,La,Pr,Nd,Sm,Gd，0≤x≤1)表面修饰锂离子电池高镍正极材料及其制备方法，对已有的锂离子电池正极材料的制备工艺进行改进，以改善锂离子电池高镍正极材料的循环性能、倍率性能和安全性能，提高材料的能量密度，适用于工业化应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现。