[发明专利]一种铌掺杂镍钴铝酸锂正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种铌掺杂镍钴铝酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，将锂源、镍源、钴源、铝源、铌源依次加入到去离子水中混合均匀形成悬浊液；将悬浊液研磨后得到浆料；将浆料进行喷雾干燥，得到铌掺杂镍钴铝酸锂锂电池正极材料的前驱体；将前驱体装入坩埚中，放入管式炉，在氧气气氛下进行煅烧，得到铌掺杂的锂电池正极材料。本发明使用固相烧结得到镍钴铝酸锂锂电池正极材料，利用Nb‑O键的强化学键，能够抑制材料在充放电过程中产生的结构扭曲以及结构坍塌。从而增强材料的容量保持率及倍率性能。

技术领域

本发明涉及一种锂电池正极材料，具体涉及一种铌掺杂的镍钴铝酸锂正极材料的制备方法，属于锂离子电池制造技术领域。

背景技术

近年来，社会和经济发展迅速，环境污染逐渐成为制约人们生活质量提高的关键因素。为了改善环境质量，人们逐渐开发出太阳能、风能和氢能等新能源。为缓解环境压力和化石燃料短缺问题，锂电池应运而生。在现行锂离子电池体系中，由于负极材料采用不含锂离子的石墨，所以正极材料决定着整个锂离子电池的中可以脱嵌锂离子的总量，从而对锂离子电池的能量密度有着决定性的影响。目前最常用的锂电池正极材料主要是三元正极材料，包括镍钴锰酸锂和镍钴铝酸锂两种。为了提高电池的能量密度，目前普遍采用高Ni三元材料。Ni含量增加，放电比容量会增加，但是也存在以下问题：(1)倍率性能不佳，在高倍率条件下充放电，其容量不高，而且衰减非常严重；(2)结构稳定性有待提高，在长循环过程中，容易出现结构坍缩，而且容易发生从层状结构向尖晶石相转变，最后转变成岩盐相，造成材料容量损失。

为解决上述问题，研究者主要从掺杂和包覆两个方面对材料进行改性。比如专利CN110350171A公开了一种铷元素掺杂的高镍型三元材料的制备方法，铷元素掺杂到锂位，其半径较锂半径大，能够提高层状结构稳定性，且层间距变大，有利于锂离子的脱嵌，能够提高容量保持率以及倍率性能。在专利CN110668509A公开了一种硒包覆的高镍三元层状正极材料及其制备方法，通过Se原子与三元材料中的金属形成金属-Se键，形成紧密地包覆层，包覆层能够抑制正极材料与电解液的反应。此外，硒包覆具有较高的电导性，有利于电子传导。因而，硒包覆有利于材料循环性能和倍率性能的提升。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：镍钴铝酸锂循环稳定性低、倍率性能差等问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种铌掺杂镍钴铝酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1)：将锂源、镍源、钴源、铝源、铌源依次加入到去离子水中混合均匀形成悬浊液；

步骤2)：将悬浊液研磨后得到浆料；

步骤3)：将浆料进行喷雾干燥，得到铌掺杂镍钴铝酸锂锂电池正极材料的前驱体；

步骤4)：将前驱体装入坩埚中，放入管式炉，在氧气气氛下进行煅烧，得到铌掺杂的锂电池正极材料。

优选地，所述步骤1)中锂源、镍源、钴源、铝源、铌源中对应元素锂、镍、钴、铝、铌的摩尔比为1：(0.845-0.65):0.1:0.05:(0.005-0.2)。

优选地，所述步骤1)中的锂源为氢氧化锂、氟化锂、碳酸锂和硝酸锂中的任意一种或几种；镍源为硝酸镍、碳酸镍、氧化镍和草酸镍中的任意一种或几种；钴源为硫酸钴、氯化钴、氧化钴和碳酸钴中的任意一种或几种；铝源为硫酸铝、硝酸铝、氯化铝和氧化铝中的任意一种或几种；铌源为氧化铌或氟化铌。

优选地，所述步骤2)中的研磨采用砂磨机，研磨介质为氧化锆球，研磨的转速为1500-2500r/min，研磨时间为2h。

优选地，所述氧化锆球的直径为0.2mm；所得浆料的粒径为150-190nm。

优选地，所述步骤4)中煅烧的温度为700-900℃，时间为15h。