[发明专利]一种组分可控多元素掺杂型高镍三元正极材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种组分可控多元素掺杂型高镍三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：（1）将待掺杂元素的有机盐溶液、表面活性剂、助剂、有机分散剂混合得到油相乳化液；（2）将金属盐溶液、络合剂、沉淀剂与所述的油相乳化液混合，反应后经过滤、洗涤、干燥后得到分子式为Ni_xCo_yMn_(1‑x‑y)(OH)₂的多元素掺杂型高镍三元正极材料前驱体；（3）将所述的多元素掺杂型高镍三元正极材料前驱体与锂源混合、焙烧后得到多元素掺杂型高镍三元正极材料。本发明所述的组分可控多元素掺杂型高镍三元正极材料的制备方法简单，制备得到的材料具有掺杂元素分布均一，电化学性能优异等优点。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，尤其是涉及一种组分可控多元素掺杂型高镍三元正极材料的制备方法。

背景技术

在世界各国政策的大力鼓舞下，以锂离子电池为能源系统的新能源汽车取代传统内燃机车也已在世界各地逐步得到尝试，并成功进入商业化阶段。与消费类产品不同，新能源汽车对锂离子电池成本、能量密度、安全性、使用寿命、自放电等性能有着更为严格要求，其中正极材料对以上性能起着决定性作用。在众多正极材料体系中，高镍三元正极材料Li(Ni_xCo_yMn_1-x-y)O₂因比容量高而备受关注。但高镍材料仍存在一些问题亟待解决，如循环过程中的岩盐相的形成及微裂纹，过渡金属溶解，析氧和热失控等问题，导致材料电化学性能衰减并带来安全隐患，限制了其进一步大规模应用。

在众多的改进策略中，多元素复合掺杂利用不同元素之间的协同效应，能显著提升材料的晶体结构稳定性和电子导电性，从而改善循环，降低阻抗，提升材料的电化学性能。目前工业上掺杂以干法掺杂为主，与湿法掺杂相比，干法掺杂存在掺杂元素聚集导致的掺杂不均一，从而影响材料的电化学性能。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种组分可控多元素掺杂型高镍三元正极材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种组分可控多元素掺杂型高镍三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将待掺杂元素的有机盐溶液、表面活性剂、助剂、有机分散剂混合得到油相乳化液；

(2)将金属盐溶液、络合剂、沉淀剂与所述的油相乳化液混合，反应后经过滤、洗涤、干燥后得到分子式为Ni_xCo_yMn_(1-x-y)(OH)₂的多元素掺杂型高镍三元正极材料前驱体，其中0.8＜x＜1，0＜y＜0.1，x+y＜1；

(3)将所述的多元素掺杂型高镍三元正极材料前驱体与锂源混合、焙烧后得到所述的组分可控的多元素掺杂型高镍三元正极材料。

进一步，所述的步骤(1)中的待掺杂元素的有机盐溶液中的待掺杂元素的有机盐为异丙醇铝、异丙醇钛、异丙醇镁、异丙醇锆、异丙醇锶、异丙醇钨、丁醇铝、丁醇钛、丁醇镁、丁醇锆、丁醇钽或正丁醇铌中的至少两种；所述的有机盐溶液的浓度为2-4mol/L。

进一步，所述的步骤(1)中的表面活性剂为蓖麻油聚氧乙烯醚；所述的助剂为甲苯；所述的有机分散剂为正丁醇。

进一步，所述的步骤(1)中的有机盐溶液、表面活性剂、助剂与有机分散剂的体积比为2-6:3-10:70-85:5-20。

进一步，所述的步骤(2)中的多元素掺杂型高镍三元正极材料前驱体的具体制法为：将金属盐溶于水中得到前驱体盐溶液，将络合剂溶于水中形成络合溶液，将沉淀剂溶于水中形成沉淀溶液，将前驱体盐溶液、络合溶液、沉淀溶液与油相乳化液混合后在惰性气体保护下，持续搅拌5-15h，反应后经过滤、洗涤、干燥得到所述的多元素掺杂型高镍三元正极材料前驱体。