[发明专利]一种掺杂型锂离子电池类单晶多元材料及其制备方法

摘要

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体公开了一种掺杂型锂离子电池类单晶多元材料及其制备方法。本发明对镍钴锰三元材料进行了改性，制备前驱体时，掺入M源金属，来降低材料烧结温度，提高材料振实密度，使Ni2+在Li+层中混排程度明显减弱；采用共沉淀法制得的多元复合材料前驱体经高温烧结和回火工艺进一步稳定了晶体结构，并通过表面包覆来抑制材料中金属离子溶解，抑制了同电解液的副反应，进一步提高了活性材料的稳定性和电化学性能。本发明制得的成品具有稳定的晶体结构，较高的压实密度，良好的倍率性能、循环性能、安全性能，进一步提升了材料的比容量和充放电电压；且本方法掺杂量小，操作简单，易于控制，适用广泛，可规模化生产。

主权项

一种掺杂型锂离子电池类单晶多元材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、共沉淀法制备NixCoyMn1‑x‑y‑zMz(OH)2多元复合材料前驱体将镍盐、钴盐、锰盐、M源盐按金属摩尔比为x：y：1‑x‑y‑z：z的比例混合均匀，得到混合溶液A，溶液A的浓度为0.5‑2.5mol/L，将溶液A和沉淀剂一同加入到盛有络合剂的反应器中进行反应，反应后得到沉淀B，将沉淀B进行陈化、洗涤、过滤、再次洗涤处理，得到NixCoyMn1‑x‑y‑zMz(OH)2多元复合材料前驱体；其中，沉淀剂的浓度为1‑3mol/L，络合剂的浓度为0.5‑2.0mol/L；沉淀剂和络合剂的用量之和与多元复合材料前驱体NixCoyMn1‑x‑y‑zMz(OH)2的摩尔比例的1‑1.07：1；S2、干燥NixCoyMn1‑x‑y‑zMz(OH)2多元复合材料前驱体将步骤S1制得的NixCoyMn1‑x‑y‑zMz(OH)2多元复合材料前驱体在富氮环境下进行真空干燥，干燥后NixCoyMn1‑x‑y‑zMz(OH)2多元复合材料前驱体中含水量小于0.4wt％；S3、制备类单晶多元材料Li1+xNixCoyMn1‑x‑y‑zMzO2粗品将步骤S2干燥后的NixCoyMn1‑x‑y‑zMz(OH)2多元复合材料前驱体与锂源进行混合，得到物料C，干燥的NixCoyMn1‑x‑y‑zMz(OH)2多元复合材料前驱体与锂源的金属摩尔比为1：1.020‑1.095；混合好的物料C在高温下预处理，预处理后自然冷却，研磨后再次混合，再置于气氛烧结炉内保温，控制氧气含量和炉压进行烧结；烧结后的物料在控制氧气含量环境下缓速降温，进行再次研磨、分级和过筛，得到类单晶多元材料Li1+xNixCoyMn1‑x‑y‑zMzO2粗品；S4、制备类单晶多元材料Li1+xNixCoyMn1‑x‑y‑zMzO2成品将步骤S3制得的类单晶多元材料Li1+xNixCoyMn1‑x‑y‑zMzO2粗品进行高温回火处理，得到类单晶多元材料Li1+xNixCoyMn1‑x‑y‑zMzO2成品，成品为类单晶层状晶体结构，成品的粒径分布D50为1‑5μm；其中，0.6≤x≤0.79，0.1≤y≤0.2，0.01≤z≤0.05，且0.1≤1‑x‑y‑z≤0.3。