[发明专利]一种复合掺杂改性的镍基正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复合掺杂改性的镍基正极材料，包括镍基正极材料基体以及掺杂于所述镍基正极材料基体中的掺杂元素，所述掺杂元素包括元素K、元素L和元素M，所述元素K包括Al、Mg、Zr或Co中的至少一种，所述元素L为高价态小半径元素，所述元素M为低价态大半径元素。本发明还提供一种上述复合掺杂改性的镍基正极材料的制备方法。本发明通过多种掺杂元素协同共掺杂，提高了正极材料的循环稳定性，提高了正极材料的容量和倍率性能。

技术领域

本发明属于电池材料领域，尤其涉及一种正极材料及其制备方法。

背景技术

为了满足新能源汽车市场对续航里程日益增长的需求，高能量密度电池的竞争随之加大，高能量锂离子电池得到了极大的发展。在能量密度的竞速下，三元正极材料的发展趋于高镍化、高电压化。作为三元正极材料的终极目标，超高镍正极材料有着极大的能量密度及成本优势，但同时也存在着循环性能及安全性能差的问题。

对于高镍正极材料存在的上述问题，目前主要通过使用单晶化来改善。但高镍单晶带来了高残锂、体相结构不稳定、单晶团聚、锂镍混排较严重等问题，对容量、倍率及长期循环性能存在着影响。目前现有技术中有通过掺杂包覆等改性手段来解决上述问题，但掺杂改性效果依然欠佳，体相结构不稳定、单晶团聚、锂镍混排等问题依然存在，影响着高镍正极材料的电化学性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种体相结构稳定性好、单晶分散性好、锂镍混排低的复合掺杂改性的镍基正极材料及其制备方法。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种复合掺杂改性的镍基正极材料，包括镍基正极材料基体以及掺杂于所述镍基正极材料基体中的掺杂元素，所述掺杂元素包括元素K、元素L和元素M，所述元素K包括Al、Mg、Zr或Co中的至少一种，所述元素L为高价态小半径元素，所述元素M为低价态大半径元素。

上述复合掺杂改性的镍基正极材料中，优选的，所述高价态小半径元素包括W、Ta、Nb、Ti或Mo中的至少一种，所述低价态大半径元素包括Y、Ce、Ca、Ba或Sr中的至少一种。

上述复合掺杂改性的镍基正极材料中，优选的，元素K、元素L和元素M的掺杂摩尔比为1：(0.8-1.2)：(1.8-2.4)。本发明需要控制各元素的掺杂比例，控制一次颗粒单晶生长及分散，形成分散性良好的单晶颗粒，可解决单晶颗粒团聚的问题，有利于电化学性能的提升。

上述复合掺杂改性的镍基正极材料中，优选的，元素L和元素M掺杂进入镍基正极材料基体的晶格体内并形成ABO₃钙钛矿型立方结构，元素K进入ABO₃钙钛矿型立方结构中的A位和/或B位形成复合掺杂结构。

本发明的复合掺杂改性的镍基正极材料，通过具有稳定晶格以及助熔效果搭配抑溶效果的三类元素添加剂共掺杂，元素L和元素M在烧结过程中掺杂进入镍基正极材料基体的晶格体内并形成ABO₃钙钛矿型立方结构，元素K在烧结过程中进入ABO₃钙钛矿型立方结构中的A位和/或B位形成复合掺杂结构，复合掺杂结构起到支柱效应，缓解晶格位移，消除晶界应力，改善NMC层状晶格结构稳定性，稳定钙钛矿立方结构的同时增加氧空位浓度，提高锂离子扩散速率和循环稳定性。同时本发明通过对各掺杂元素的掺杂摩尔比进行控制，可以形成分散性良好的单晶颗粒，进一步提升镍基正极材料的电化学性能。