[发明专利]一种调控三元材料(010)晶面优先生长的制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池材料技术领域，公开了一种调控三元材料(010)晶面优先生长的制备方法。所述三元材料的分子式为LiM_mW_1‑mO₂@LiNi_xCo_yMn_zW_{1‑x‑y‑z}O₂，其中M为Ni、Co、Mn、Al中的一种或几种，0.5≤m≤1，0.6≤x≤0.9；0.9≤x+y+z≤1。所述三元材料为一次纳米片聚集的二次微米球状结构，二次微米球体平均直径为4‑7μm，一次纳米片长度为400‑700nm，宽度为50‑150nm，曝露晶面为(010)晶面。所述调控三元材料(010)晶面优先生长的具体制备方法为：在三元前驱体合成过程中，通过喷洒或旋转喷洒的方式加入钨源，进一步在锂化过程中分段烧结，使其在低温预烧下能够稳定形成(010)晶面基底，然后在高温烧结下(010)晶面继续成型与稳定。本发明所制备的掺杂材料元素分布均匀，结晶性能好，稳定性高。

技术领域

本发明属于锂离子电池制造技术领域，具体涉及一种调控三元材料(010)晶面优先生长的制备方法。

背景技术

在富镍层状材料中，(001)晶面中包含的NiO₆、CoO₆和MnO₆八面体通过共享的氧原子相互连接，形成致密的阻碍Li⁺沿c轴插入的结构。(001)晶面的边垂直于a轴和b轴，分别对应了(100)和(010)晶格平面。(100)和(010)面由于具有完全开放的特性，被认为是Li⁺扩散的活性面，能够保证Li⁺脱嵌层通道通畅。由于富镍正极材料可以很好地继承前驱体的形态和结构，设计和制备具有高比例(010)晶面的前驱体有利于获得高曝露(010)晶面的正极材料。许多研究人员通过调节共沉淀反应的氨水浓度、反应时间和表面活性剂加入量，来进一步调控目标晶面的主导生长过程。但是这些调节方法的调节效果有限，对材料性能的改善也有限。因此，找到一种既能调节材料的(010)晶面的生长，又能提高材料的电化学性能的方法，对三元材料性能的提升和改善机理的研究有很大的意义。

发明内容

为了解决上述问题本发明首要目的是提供一种调控三元材料(010)晶面优先生长的制备方法。本发明通过对三元前驱体材料进行钨元素掺杂，通过调节钨源的添加方式和锂化烧结方式，制备出高含量的(010)曝露面的钨掺杂的三元材料，有效提高了材料的比容量和电化学循环性能。

本发明的目的具体通过以下技术方案实现：

一种调控(010)晶面优先生长的三元材料，其特征在于，所述三元材料的分子式为LiM_mW_1-mO₂@LiNi_xCo_yMn_zW_1-x-y-zO₂，其中M为Ni、Co、Mn、Al中的一种或几种，0.5≤m≤1，0.6≤x≤0.9；0.9≤x+y+z≤1。所述三元材料为一次纳米片聚集的二次微米球状结构，二次微米球体平均直径为4-7μm，一次纳米片长度为400-700nm，宽度为50-150nm，曝露晶面为(010)晶面。

一种调控三元材料(010)晶面优先生长的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将镍盐、钴盐、锰盐、钨盐、氢氧化钠溶液和氨水溶液并流进料至反应釜中，调节反应pH，进行一次共沉淀反应，反应一定时间后，形成均匀的一次颗粒；继续并流加入掺杂金属(M)盐、氢氧化钠溶液和氨水溶液，同时调控钨源的加料方式，调节反应pH，进行二次共沉淀反应，反应一定时间后，经过离心、洗涤、干燥后，形成M_mW_1-m(OH)₂@Ni_xCo_yMn_zW_1-x-y-z(OH)₂三元前驱体。