[发明专利]一种稀土元素掺杂的锂离子电池三元复合正极材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种稀土元素掺杂的锂离子电池三元复合正极材料的制备方法，该稀土元素掺杂三元复合正极材料的化学式为LiMn_1-x-y-zAl_xCo_yGa_zO_2-aF_a，其中：x=0.2-0.3，y=0.25-0.5，z=0.02-0.03，a=0.05-0.08，该方法包括如下步骤：（1）将氯化锰、氯化铝、氯化钴和硝酸钆配成水溶液，将配置的上述金属离子溶液加入氮气氛围的搅拌反应器中，将KOH溶液非常缓慢的滴入搅拌反应器中，以产生(Mn_1-x-y-zAl_xCo_yGa_z)(OH)₂沉淀，过滤、洗涤，干燥，得到颗粒状(Mn_1-x-y-zAl_xCo_yGa_z)(OH)₂前驱体；（2）称取上述前驱体、氢氧化锂和氟化锂，球磨，干燥，烧结得到产品。本发明制备的稀土元素掺杂的三元复合正极材料，使用湿法制备掺杂有稀土元素Ga的三元材料前驱体，以获取较高的能量密度和物质活性；采用固相烧结的方法在材料中掺杂F，进一步提高材料的稳定性。

主权项

一种稀土元素掺杂的锂离子电池三元复合正极材料的制备方法，该稀土元素掺杂三元复合正极材料的化学式为LiMn_{1‑x‑y‑z}Al_xCo_yGa_zO_2‑aF_a，其中：x=0.2‑0.3，y=0.25‑0.5，z=0.02‑0.03，a=0.05‑0.08，该方法包括如下步骤：（1）制备前驱体(Mn_{1‑x‑y‑z}Al_xCo_yGa_z)(OH)₂将氯化锰、氯化铝、氯化钴和硝酸钆按Mn：Al：Co：Ga的摩尔比=1‑x‑y‑z：x：y：z配成水溶液，最终所有正离子的浓度总和为1‑2mol/L的金属离子溶液；将配置的上述金属离子溶液加入氮气氛围的搅拌反应器中，搅拌器搅拌速度为600‑800rpm，加热温度控制在75‑90℃；将浓度为1‑2mol/L的KOH溶液非常缓慢的滴入搅拌反应器中，以产生(Mn_{1‑x‑y‑z}Al_xCo_yGa_z)(OH)₂沉淀，在滴入KOH水溶液的同时，缓慢滴入浓度为2‑4mol/L氨水，在整个反应过程中，搅拌器中反应溶液的pH值控制在10‑12，NH³⁺的浓度控制在0.4‑0.5mol/L；反应结束后，将沉淀下来的(Mn_{1‑x‑y‑z}Al_xCo_yGa_z)(OH)₂颗粒产物过滤、洗涤，在100‑120℃干燥，得到颗粒状(Mn_{1‑x‑y‑z}Al_xCo_yGa_z)(OH)₂前驱体；（2）固相法制备稀土元素掺杂三元复合正极材料按照摩尔比1:1‑a：a分别称取上述前驱体、氢氧化锂和氟化锂，将称取的前驱体和氢氧化锂混合后在行星球磨机中以转速400‑500r/min球磨12‑20h，干燥；将干燥后的物料置于空气中烧结，烧结温度在500‑600℃之间，保温4‑6h；冷却后至室温后，加入上述称取的氟化锂，在行星球磨机中以转速400‑500r/min球磨8‑10h球磨，干燥后，在空气中烧结，烧结温度在900‑1000℃之间，保温8‑10h，得到产品。