[发明专利]一种掺杂改性的高镍正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种掺杂改性的高镍正极材料及其制备方法。该方法在惰性气体的保护和搅拌下，将金属溶液、沉淀剂、络合剂慢慢混合；所得到的沉淀物经过生长、陈化、过滤、洗涤、干燥，得到掺杂改性的高镍正极材料的前驱体；将该前驱体与锂盐充分混合后，高温烧结，得到一种掺杂改性的高镍正极材料Li_mNi_xCo_yMn_zM_{1‑x‑y‑z}O₂，其中1≤m≤1.2；0.5≤x≤0.9；0≤y≤0.3；0≤z≤0.2；0≤1‑x‑y‑z≤0.1；所述M包含选自锆(Zr)、钪(Sc)、钛(Ti)、锶(Sr)、铌(Nb)、钇(Y)、钽(Ta)、铯(Cs)、铈(Ce)、镓(Ga)、锡(Sn)、铒(Er)、钒(V)、钼(Mo)或其组合的元素，所述正极材料的颗粒分布的跨度[(D90‑D10)/D50]1.05到1.70之间；所述正极材料在0.2C倍率下放电比容量在190mAh/g到205mAh/g之间。该材料具有层状的晶体结构，振实密度高，粒径分布窄，容量高等特点。

技术领域

本发明涉及一种掺杂改性的高镍正极材料及其制备方法，特别涉及高镍含量镍钴锰三元复合正极材料及其制备方法。

背景技术

经济的可持续性与绿色能源发展息息相关。当下，能源的供给主要依靠不可再生的化石燃料。世界面临着双重的能源困境：温室气体的排放以及对石油的依赖性。预计在未来的50年内，世界能源消费将增加一倍，而全球石油产量则趋于平稳。因此，迫切需要可再生能源的利用与发展。电能作为一种绿色能源，被广泛的应用于日常生活之中。而电池的发展为电能的储存及循环利用提供了极大的便利，其也是现今混合动力及电动汽车最重要的组成部分。交通的电气化迫切需要新型先进的储能设备如锂离子电池等技术的发展。

对于动力电池而言，锂离子电池在能量密度、安全性和生产成本上都亟待完善。针对目前锂离子电池的技术，工作电压、容量和倍率性能主要是由正极材料决定。因此，电动汽车领域急需先进正极材料的发展。目前，主要有四种类型的正极材料：锂镍钴铝氧化物，磷酸铁锂，锂锰氧化物和锂镍锰钴氧化物。对每种材料存在不同的优势和劣势：锂镍钴铝氧化物可以提供高容量，但存在安全问题的困扰；磷酸铁锂作为较为安全并提供了较长循环寿命的正极材料，其能量密度最低；锂锰氧化物正极电活性材料具有高的热稳定性，但容量相对较低以及锰容易溶解等问题。因为目前的正极材料的容量和倍率性不能满足新兴的电动汽车市场的需求，所以具有高容量和优良倍率性能的正极材料的开发具有十分重大的意义。

发明内容

本发明的目的是为了得到一种掺杂改性的高镍正极材料及其制备方法，其化学式为Li_mNi_xCo_yMn_zM_1-x-y-zO₂，其中1≤m≤1.2；0.5≤x≤0.9；0≤y≤0.3；0≤z≤0.2；0≤1-x-y-z≤0.1；M选自碱金属元素、碱土金属元素、第13族元素、第14族元素、过渡族元素及稀土元素中的一种或多种。该材料具有层状的晶体结构，材料具有球型的颗粒形貌，振实密度在2.40g/cm³到2.80g/cm³之间，颗粒分布的跨度在1.05到1.70之间，同时材料在0.2C倍率下放电比容量在190mAh/g到205mAh/g之间。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案：一种掺杂改性的高镍正极材料的制备方法：具体步骤如下：

1)将镍盐、钴盐、锰盐及M盐混合，并溶解于溶剂中。将络合剂与沉淀剂分别溶解于相应溶剂中，其中络合剂的物质的量与总金属离子物质的量之比为2-6:1；沉淀剂的物质的量与总金属离子物质的量之比为2-4:1。

2)在惰性气氛的保护下，混合上述三种溶液，且保持反应液温度在50-65℃，搅拌速度为400-1000转每分钟，控制反应液的pH在10.6-11.8，经过生长、陈化、过滤，得到的沉淀物用去离子水洗涤，之后在80-100℃环境下干燥，得到掺杂改性的高镍正极材料的前驱体。