[发明专利]掺杂型高电压正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供掺杂型高电压正极材料及其制备方法，具体包括掺杂型高电压钴酸锂和高镍三元正极材料以及它们的制备方法。掺杂型高电压钴酸锂化学通式为Li_aCoM_bO₂，式中，0.9≤a≤1.2，0.000001b0.5，M为Y、Tb、Pr中的一种，或Zn、Y、Tb、Pr中的两种以上。掺杂型高电压高镍三元正极材料的特征在于：化学通式为Li_a[Ni_1‑x‑yCo_xMn_y]M_bO₂，式中，0.9≤a≤1.2，0x≤1，0y≤1，0x+y≤1，0.000001b0.5，M为Tb、Pr中的一种或两种。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及掺杂型高电压正极材料及其制备方法。

技术背景

随着消费电子储能市场和电动汽车对锂离子电池的需求愈来愈高，市场对锂离子电池正极材料的比容量、循环稳定性和安全性能提出了更高的要求，即开发具有更高电压和更高能量密度，同时具有良好循环性能和倍率性能的正极材料。

锂离子电池正极材料，例如钴酸锂和高镍三元材料(LiNi_xCo_yMn_(1-x-y)O₂，x0.5)，提高其充电截止电压，可以提升材料的放电比容量和能量密度。然而，在高电压下，会导致更多的锂离子的脱嵌进而造成内部结构的坍陷，材料的结构稳定性下降，形成不可逆的相变，使电池的电化学性能恶化；此外，高电压下正极活性物质与电解液的副反应加剧，导致材料结构的破坏以及容量的快速衰减，使电池发生胀气，释放热量，对电池模块的安全性也造成极大的危害。

为解决高电压下正极材料存在的问题，目前主要研究途径是采用元素掺杂、包覆、前驱体制备工艺的改善等方式来对正极材料进行改性，增加材料结构稳定性，改善电极与电解质的界面稳定性，减小阻抗的增加，提高正极材料循环性能和倍率性能。但是，现阶段正极材料在制备的过程中掺杂元素，再进行包覆，烧结工艺较为复杂，对能源消耗较大，并且由于包覆层为非活性材料，容易引起正极材料容量的损失。现有的改性手段往往不能满足正极材料在高电压下具有优异循环稳定性的要求，对电池性能改善有限。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种掺杂型高电压正极材料及其制备方法，该掺杂型高电压正极材料能够在高电压条件下表现出良好的循环稳定性和倍率性能，且制备方法简单，适合推广应用。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

掺杂型高电压钴酸锂正极材料

本发明提供一种掺杂型高电压钴酸锂正极材料，其特征在于：化学通式为LiaCoMbO₂，式中，0.9≤a≤1.2，0.000001b0.5，M为Y、Tb、Pr中的一种，或Zn、Y、Tb、Pr中的两种以上。

优选地，本发明提供的掺杂型高电压钴酸锂正极材料还可以具有以下特征：M为Tb、Pr中的一种或两种。

掺杂型高电压高镍三元正极材料

进一步，本发明还提供一种掺杂型高电压高镍三元正极材料，其特征在于：化学通式为Li_a[Ni_1-x-yCo_xMn_y]M_bO₂，式中，0.9≤a≤1.2，0x≤1，0y≤1，0x+y≤1，0.000001b0.5，M为Tb、Pr中的一种或两种。