[发明专利]一种掺杂包覆改性锂离子电池层状富镍正极材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种掺杂包覆改性锂离子电池层状富镍正极材料及其制备方法。该锂离子电池层状富镍正极材料的化学式为MOx·LiNi1‑a‑b‑c‑dCoaMnbAlcMdO2，MOx为表面修饰层材料。本发明通过液相前驱体制备、高温固相烧结和表面修饰方法，制备出掺杂包覆改性锂离子电池层状富镍正极材料。掺杂改性具有很好的锂离子导电性，有利于锂离子的脱嵌，可大幅提高层状富镍正极材料的倍率性能，进而改善锂离子电池正极材料的功率密度和能量密度。利用表面包覆修饰可以降低材料表面碱含量，减少副反应的发生，提高层状富镍正极材料的循环性能和安全性能，工序简单，结构易控，能实现工业化大规模生产。

主权项

一种掺杂包覆改性锂离子电池层状富镍正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)称取镍盐、钴盐、锰盐、铝盐和M金属盐分别溶解于去离子水中，分别配制成浓度均为0.05‑2mol/L的盐溶液；所述镍盐、钴盐、锰盐、铝盐和M金属盐是按照高镍层状正极材料前驱体化学式Ni1‑a‑b‑c‑dCoaMnbAlcMd(OH)2中Ni、Co、Mn、Al和M元素的摩尔比称取，其中a、b、c、d、x为摩尔数，0<a≤0.3，0<b≤0.2，0<c≤0.05，0<d≤0.05且0<a+b+c+d≤0.5，M为金属离子Zn、Mg、Ti、Zr和V中的一种或多种；2)将碱性溶液和氨水溶解在去离子水中配制成混合碱溶液；其中，碱性溶液浓度为0.2‑2mol/L，氨水的摩尔浓度为0.1‑1mol/L；3)将步骤2)所得混合碱溶液加入到反应釜中，混合碱溶液的体积占反应釜容积的％‑80％，并且控制反应釜中液体的pH值在8‑12之间、温度在40‑80℃之间；4)将步骤1)配制好的镍盐、钴盐、锰盐、铝盐和M金属盐溶液通过蠕动泵分别匀速加入反应釜中，整个过程中控制反应釜中液体的pH值在8‑12之间、温度在40‑80℃之间；5)待镍盐、钴盐、锰盐、铝盐和M金属盐完全加入，静置陈化8‑24小时后，然后将沉淀过滤、洗涤、烘干；6)将步骤5)获得的前驱体Ni1‑a‑b‑c‑dCoaMnbAlcMd(OH)2与锂源进行混合均匀，锂源、前驱体金属离子的摩尔比为Li：(Ni+Co+Mn+Al+M)＝(1‑1.1):1；然后将物料放入管式炉中，在氧气氛围下于300‑600℃加热处理3‑10小时，然后在700‑1000℃烧结10‑25小时，自然冷却至室温，即得M金属离子掺杂的锂离子电池层状富镍正极材料LiNi1‑a‑b‑c‑dCoaMnbAlcMdO2；7)将掺杂后的LiNi1‑a‑b‑c‑dCoaMnbAlcMdO2正极材料加入到分散剂溶液中，超声处理0.5‑1小时；8)然后称取M金属盐加入去离子水中配成M金属盐溶液，M金属盐溶液浓度为0.1‑3mol/L；将配置好的M金属盐溶液滴加到步骤7)的溶液中,在80‑100℃下蒸干溶剂，在100‑120℃下干燥8‑20小时，然后破碎，再在300℃‑600℃的空气气氛下烧结1‑8小时，即得到掺杂包覆改性锂离子电池层状富镍正极材料MOx·LiNi1‑a‑b‑c‑dCoaMnbAlcMdO2。