[发明专利]一种多位定向掺杂原位碳包覆型富锂氧化物固溶体材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多位定向掺杂原位碳包覆型富锂氧化物固溶体材料及其制备方法，包括如下步骤：首先通过共沉淀法以及高温焙烧工艺制备得到多位定向掺杂碳原位包覆型Li₂MnO₃单元；然后通过共沉淀法以及高温焙烧工艺制备得到纯相的镍钴锰三元层状单元；最后，通过高速混合以及高温后处理掺杂包覆型Li₂MnO₃单元和镍钴锰三元层状单元得到最终产品。本发明的主要益处是：通过对Li₂MnO₃单位中Li、Mn、O位进行多位定向掺杂提高了其结构稳定性；通过碳包覆提高了其电子导电性。

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池正极材料领域，尤其涉及一种多位定向掺杂原位碳包覆型富锂氧化物固溶体材料及其制备方法。

背景技术

普及应用新能源汽车的关键是要实现其经济性和使用的便利性与传统燃油汽车相当。当前新能源汽车与传统燃油汽车相比存在较大差距，提升经济性和使用便利性是未来相当长一段时间内新能源汽车发展的主要方向。

动力电池是新能源汽车的核心部分，其中锂离子电池在成本、能量密度方面具有明显的优势，将能够大幅度提升新能源汽车经济性和使用的便利性，锂离子电池体系中正极材料是决定性因素。新能源汽车应全部或部分采用电力驱动，与传统燃油汽车相比，能够减少燃料消耗，但是目前新能源汽车在全生命周期内燃料消耗节省的费用尚不能抵消所增加的成本。若纯电动汽车续航里程达到400公里，在电池系统成本降低至1.0元/Wh以下的条件下，全生命周期内的经济性能够接近传统燃油汽车。提升新能源汽车的使用便利性，增加纯电驱动行驶的续航里程是关键。为增加续航里程，必须增加搭载动力电池系统存储的能量，在不显著增加新能汽车重量和体积的前提下，必须提高动力电池的比能量和能量密度。若纯电动汽车续航里程达到400公里，动力电池系统比能量需要提升至250Wh/kg左右，单体电池比能量需提升到350Wh/kg。

富锂氧化物固溶体正极材料具有比容量高、成本低、安全性能好等特点，是新一代锂离子动力电池比能量密度达到350Wh/kg目标的最具应用前景的候选正极材料之一。基于富锂氧化物固溶体材料高比容量高电压的优异性能，国内很多公司和研究机构近十年都投入了一定的精力对其进行研究。但由于富锂氧化物固溶体材料中的Li₂MnO₃单位在循环过程中结构会发生变化，导致材料循环性能；且Li₂MnO₃单位导电性很差，限制了其广泛应用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种多位定向掺杂原位碳包覆型富锂氧化物固溶体材料及其制备方法，通过对Li₂MnO₃单位中Li、Mn、O位进行多位定向掺杂提高了其结构稳定性；通过碳包覆提高了其电子导电性。

本发明的技术方案如下：一种多位定向掺杂原位碳包覆型富锂氧化物固溶体材料，其特征在于，分子式为0.5Li_2-aNa_aMn_1-x-yRu_xSn_yO_3-bCl_b·0.5LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂，其中a＝0.05～0.1，x＝0.05～0.1，y＝0.01～0.03，b＝0.01～0.03。

一种多位定向掺杂原位碳包覆型富锂氧化物固溶体材料的制备方法，包括如下步骤：

1)根据分子式Li_2-aNa_aMn_1-x-yRu_xSn_yO_3-bCl_b称取锂源、钠源、锰源、钌源、锡源和氯源，加入去离子水搅拌均匀，得到固液混合物I，其中a＝0.05～0.1，x＝0.05～0.1，y＝0.01～0.03，b＝0.01～0.03；