[发明专利]一种阴阳离子共掺杂和表面双包覆的高镍单晶三元材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种阴阳离子共掺杂和表面双包覆的高镍单晶三元材料及其制备方法，制备方法为：将高镍三元前驱体、锂源、金属氟化物和含锆化合物按比例混合均匀，得到混合物；将得到的混合物在氧气气氛中先低温预烧再高温煅烧，得到阴阳离子共掺杂的高镍单晶三元材料基体；将得到的阴阳离子共掺杂的高镍单晶三元材料基体经过破碎、过筛得到单晶颗粒分散均匀的阴阳离子共掺杂的高镍单晶三元材料基体；将得到的单晶颗粒分散均匀的阴阳离子共掺杂的高镍单晶三元材料基体和含硼化合物、含钨化合物混合均匀，在氧气条件下进行煅烧，得到阴阳离子共掺杂和表面双包覆的高镍单晶三元材料。使高镍单晶三元材料放电容量、循环性能、内阻得到了明显的改善。

技术领域

本发明属于电池正极材料技术领域，特别是涉及一种阴阳离子共掺杂和表面双包覆的高镍单晶三元材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有体积小、能量密度高、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应等优点，被广泛应用于便携式电子设备以及电动汽车等领域。目前常用的锂离子电池正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和镍钴锰三元材料，其中镍钴锰三元材料结合了镍、钴、锰的优点，被认为是最具应用前景的正极材料之一。

对于镍钴锰三元材料而言，随着镍含量的增加，材料的比容量增加，可以更好地满足当前电动汽车对电池能量密度日益增长的需求。但与此同时，随着镍含量增加，材料会吸收空气中的水分和二氧化碳，与材料表面的残余锂以及迁移到材料表面的锂离子发生反应生成碳酸锂和氢氧化锂，增大了电池内阻并使电池容易出现胀气现象。另外，三元材料在脱锂状态下Ni4+非常不稳定，反应性很强，材料易于与电解液发生反应，从而产生高的界面内阻，导致材料容量迅速衰减，循环性能变差、内阻变大。三元材料的循环性能和内阻变差，极大的限制了材料的实际应用。

另外，对于高镍材料来说，由于表面的残余Li较多，残余Li过多会导致材料吸水，从而影响材料的加工以及存储性能。因此国内一般厂家采用水洗或在材料的表面包覆氧化物以降低高镍材料表面的残余Li，但是水洗会导致材料的容量以及循环性能降低，而在材料表面包覆氧化物，由于这些包覆物不含锂离子，在锂离子的脱嵌过程中会起到阻碍作用，不利于锂离子的传输。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种阴阳离子共掺杂和表面双包覆的高镍单晶三元材料及其制备方法，采用Zr/F阴阳离子共同掺杂制备高镍单晶三元材料基体，然后通过包覆含硼化合物和含钨化合物，其与高镍单晶三元材料基体表面的残余Li反应，形成Li₂O-B₂O₃和Li₂WO₄复合包覆的高镍单晶三元材料。通过Zr/F阴阳离子共同掺杂可以提高材料的容量和循环稳定性，表面包覆含B和W的化合物可以与高镍单晶三元材料基体表面的残余Li反应，形成Li₂O-B₂O₃和Li₂WO₄快离子导体复合包覆层，从而提高材料的导电性，这样不仅可以去除水洗的过程，同时可以改善材料的内阻。另外，表面包覆可以有效的减少电极与电解液之间的副反应，改善材料的放电容量、倍率性能、循环性能，提高材料的电化学性能。

本发明是这样实现的，一种阴阳离子共掺杂和表面双包覆的高镍单晶三元材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、将高镍三元前驱体、锂源、金属氟化物和含锆化合物按照一定的比例混合均匀，得到混合物；

步骤2、将步骤1中得到的混合物，在氧气气氛中先低温预烧再高温煅烧，得到阴阳离子共掺杂的高镍单晶三元材料基体；

步骤3、将步骤2中得到的阴阳离子共掺杂的高镍单晶三元材料基体经过破碎、过筛得到单晶颗粒分散均匀的阴阳离子共掺杂的高镍单晶三元材料基体；

步骤4、将步骤3中得到的单晶颗粒分散均匀的阴阳离子共掺杂的高镍单晶三元材料基体和含硼化合物、含钨化合物混合均匀，然后在氧气条件下进行煅烧，得到阴阳离子共掺杂和表面双包覆的高镍单晶三元材料。