钇掺杂的镍钴铝锂离子电池正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了钇掺杂的镍钴铝锂离子电池正极材料及其制备方法，钇掺杂的镍钴铝锂离子电池正极材料的分子式为LiaNixCoyAlzYbO2，其中，b为4/3‑a/3‑x‑y‑z，1≤a≤1.2，0.3≤x≤0.98，0.01≤y≤0.6，0.001≤z≤0.1，0.00001≤b≤0.05；本发明专利技术通过将镍钴铝单晶复合前驱体和纳米级钇的化合物进行超高速预混合，再将镍钴铝单晶前驱体和钇化合物的混合料与普通镍钴铝前驱体高速混合，提高混合效果，因为单晶复合前驱体机械强度高，可以采用超高速混合，而不至于破碎，同时单晶复合前驱体可以起到碰撞介质的作用，将纳米级钇的化合物充分打散，使掺杂元素和主元素充分混合。

【技术实现步骤摘要】
钇掺杂的镍钴铝锂离子电池正极材料及其制备方法
本专利技术属于电池正极材料制备方法
，具体涉及钇掺杂的镍钴铝锂离子电池正极材料及其制备方法。
技术介绍
镍钴铝三元锂离子电池正极材料由于具有较高的能量密度以及相对较简单的制备工艺被广泛应用于IT产品以及新能源汽车领域。但单纯的镍钴铝酸锂由于结构稳定性欠佳，在充放电过程中很容易由于Li离子的脱嵌以及Ni、Co、Al离子价态的变化造成材料结构的塌陷，对材料的循环寿命及安全性造成极大的危害。为了解决上述问题，采用掺入适量Y离子的方式对其进行改善，由于Y3+与Ni3+的价态相同，掺入的Y3+占据了Ni3+位；在充电过程中，Ni离子会发生Ni3+到Ni4+的转变，并伴随体积的收缩，如果充电电压过高、充电深度过大，材料的体积收缩将不可逆转，并最终失去电化学活性，而Y3+没有变价，是电化学惰性的，在充放电时不发生价态的变化，因而也不发生体积的变化，可以起到骨架的作用，稳定晶体结构，提高材料的循环寿命及安全性能。Y离子的掺入对材料的结构稳定性具有显著的改善作用，但同时由于掺入的都是非电化学活性的物质，相应对材料的放电比容量造成一定的影响，如果掺入量过高，放电容量将会显著降低，如果掺入量不足，则材料的电导率得不到有效的改善，因此，掺杂元素与主元素的均匀混合是实现放电比容量与电导率达到平衡的重要因素。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种钇掺杂的镍钴铝锂离子电池正极材料。本专利技术的另一个目的是提供上述钇掺杂的镍钴铝锂离子电池正极材料的制备方法，通过将纳米级别的掺杂元素首先与镍钴铝单晶复合前驱体预先超高速混合，再与其它普通镍钴铝复合前驱体高速混合，解决了掺杂元素与主元素混合不均匀的问题。本专利技术所采用的技术方案是：一种钇掺杂的镍钴铝锂离子电池正极材料，分子式为LiaNixCoyAlzYbO2，其中，b为4/3-a/3-x-y-z，1≤a≤1.2，0.3≤x≤0.98，0.01≤y≤0.6，0.001≤z≤0.1，0.00001≤b≤0.05。上述钇掺杂的镍钴铝锂离子电池正极材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，分别称取镍钴铝多晶复合前驱体、镍钴铝单晶复合前驱体、钇的化合物以及锂源；步骤2，将所述步骤1称取的镍钴铝单晶复合前驱体和钇的化合物进行超高速混合，获得第一混合物；步骤3，将所述步骤2的第一混合物与称取的镍钴铝多晶复合前驱体和锂源进行高速混合，获得第二混合物；步骤4，将所述步骤3的第二混合物进行焙烧，获得钇掺杂的镍钴铝锂离子电池正极材料。本专利技术的特点还在于，所述钇的化合物为纳米级别，其掺入量为镍钴铝多晶复合前驱体以及镍钴铝单晶复合前驱体中Ni、Co、Al总摩尔量的0.001-5％。所述纳米级别的钇的化合物为Y2O3或者Y(OH)3。所述镍钴铝多晶复合前驱体和镍钴铝单晶复合前驱体均为镍、钴、铝的复合氢氧化物或复合氧化物或复合羟基氧化物中的一种或者几种。所述镍钴铝多晶复合前驱体和镍钴铝单晶复合前驱体中镍、钴、铝的摩尔比均为0.3-0.98:0.001-0.6:0.001-0.05。所述镍钴铝多晶复合前驱体与镍钴铝单晶复合前驱体的质量比为2-20:1。所述锂源为碳酸锂或氢氧化锂，其掺入的摩尔量与镍钴铝摩尔量之和的比为0.9-1.2:1。所述超高速和高速混合均采用三元材料高速混料器，超高速混合转速为5500-20000r/min，高速混合转速为500-10000r/min。所述第二混合物在瓷舟中进行焙烧，焙烧温度为600-1200℃，时间为6-36h。与现有技术相比，本专利技术先将镍钴铝单晶复合前驱体和纳米级钇的化合物进行超高速混合，再将镍钴铝单晶前驱体和钇化合物的混合料与普通镍钴铝前驱体高速混合，提高混合效果，因为单晶复合前驱体机械强度高，超高速混合时不会破碎，同时单晶复合前驱体可以起到碰撞介质的作用，将纳米级钇的化合物充分打散，使掺杂元素和主元素充分混合。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供一种钇掺杂的镍钴铝锂离子电池正极材料，其分子式为LiaNixCoyAlzYbO2，其中，b为4/3-a/3-x-y-z，1≤a≤1.2，0.3≤x≤0.98，0.01≤y≤0.1，0.001≤z≤0.6，0.00001≤b≤0.05。本专利技术的另一个目的是提供上述钇掺杂的镍钴铝锂离子电池正极材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，分别称取镍钴铝多晶复合前驱体、镍钴铝单晶复合前驱体、钇的化合物以及锂源；步骤2，将步骤1称取的镍钴铝单晶复合前驱体和钇的化合物进行超高速混合，获得第一混合物；步骤3，将步骤2的第一混合物与称取的镍钴铝多晶复合前驱体和锂源进行高速混合，获得第二混合物；步骤4，将步骤3的第二混合物在瓷舟中进行焙烧6-36h，焙烧的温度为600-1200℃，获得钇掺杂的镍钴铝锂离子电池正极材料，镍钴铝多晶复合前驱体与镍钴铝单晶复合前驱体的质量比为2-20:1，这样，将镍钴铝单晶复合前驱体和钇的化合物进行高速混合，因为单晶复合前驱体结构结实，超高速混合时不会破碎，同时单晶复合前驱体可以起到碰撞介质的作用，将钇的化合物充分打散，使掺杂元素和主元素充分混合。钇的化合物为纳米级别，其掺入量为镍钴铝多晶复合前驱体以及镍钴铝单晶复合前驱体中Ni、Co、Al总摩尔量的0.001-5％，纳米级别的钇的化合物为Y2O3或者Y(OH)3，这样，纳米级别的化合物更容易混合均匀。镍钴铝多晶复合前驱体和镍钴铝单晶复合前驱体均为镍、钴、铝的复合氢氧化物或复合氧化物或复合羟基氧化物中的一种或者一种以上。镍钴铝多晶复合前驱体和镍钴铝单晶复合前驱体中镍、钴、铝的摩尔比均为0.3-0.98:0.001-0.6:0.001-0.05，这样，该摩尔比的镍钴铝前驱体具有更好的性能。锂源为碳酸锂或氢氧化锂，其掺入的摩尔量与镍钴铝摩尔量之和的比为0.9-1.2:1，这样，适量的碳酸锂或氢氧化锂可以使电池正极材料具有更好的电化学性能和循环性。超高速和高速混合均采用三元材料高速混料器，超高速混合转速为5500-20000r/min，高速混合转速为500-10000r/min，这样，可以使掺杂元素和主元素混合更加均匀。实施例1步骤1，分别称取镍钴铝多晶复合前驱体、镍钴铝单晶复合前驱体、钇的化合物以及锂源，其中，镍钴铝多晶复合前驱体和镍钴铝单晶复合前驱体的比例为2:1，镍钴铝多晶复合前驱体和镍钴铝单晶复合前驱体中镍、钴、铝的摩尔比均为0.8:0.15:0.05，锂源的摩尔量与镍钴铝摩尔量之和的比为0.9:1，钇的化合物的掺入量为镍钴铝多晶复合前驱体以及镍钴铝单晶复合前驱体中Ni、Co、Al总摩尔量的0.001％。；步骤2，将步骤1称取的镍钴铝单晶复合前驱体和钇的化合物进行超高速混合，获得第一混合物，其中，超高速和高速混合均采用三元材料高速混料器，超高速混合转速为5500r/min，高速混合转速为500r/min；步骤3，将步骤2的第一混合物与称取的镍钴铝多晶复合前驱体和锂源进行高速混合，获得第二混合物；步骤4，将步骤3的第二混合物在瓷舟中进行焙烧6h，焙烧的温度为700℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钇掺杂的镍钴铝锂离子电池正极材料，其特征在于，其分子式为LiaNixCoyAlzYbO2，其中，b为4/3‑a/3‑x‑y‑z，1≤a≤1.2，0.3≤x≤0.98，0.01≤y≤0.6，0.001≤z≤0.1，0.00001≤b≤0.05。

【技术特征摘要】
1.一种钇掺杂的镍钴铝锂离子电池正极材料，其特征在于，其分子式为LiaNixCoyAlzYbO2，其中，b为4/3-a/3-x-y-z，1≤a≤1.2，0.3≤x≤0.98，0.01≤y≤0.6，0.001≤z≤0.1，0.00001≤b≤0.05。2.一种如权利要求1中钇掺杂的镍钴铝锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，分别称取镍钴铝多晶复合前驱体、镍钴铝单晶复合前驱体、钇的化合物以及锂源；步骤2，将所述步骤1称取的镍钴铝单晶复合前驱体和钇的化合物进行超高速混合，获得第一混合物；步骤3，将所述步骤2的第一混合物与称取的镍钴铝多晶复合前驱体和锂源进行高速混合，获得第二混合物；步骤4，将所述步骤3的第二混合物进行焙烧，获得钇掺杂的镍钴铝锂离子电池正极材料。3.根据权利要求2所述的钇掺杂的镍钴铝锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述钇的化合物为纳米级别，其掺入量为镍钴铝多晶复合前驱体以及镍钴铝单晶复合前驱体中Ni、Co、Al总摩尔量的0.001-5％。4.根据权利要求3所述的钇掺杂的镍钴铝锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述纳米级别的钇的化合物为Y2O3或者Y(OH)3。5.根据权利要求4所述的钇掺杂的镍钴铝...

【专利技术属性】
技术研发人员：许开华，王家良，张云河，乐绪清，
申请(专利权)人：荆门市格林美新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42