一种高镍低钴型耐高压三元正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高镍低钴型耐高压三元正极材料及其制备方法。所述压三元正极材料包括包覆层以及金属元素M掺杂的LiNi

【技术实现步骤摘要】
一种高镍低钴型耐高压三元正极材料及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种高镍低钴型耐高压三元正极材料及其制备方法。
技术介绍
随着人口的增长和经济发展，人类对能源的需求逐渐增长，但石油资源等不可再生资源日趋枯竭，目前我国新能源呈现出快速发展的姿态，政府的扶持力度也不断加大，新能源的发展也随时代飞速进步。为此，世界各国对发展电动汽车(EV)和混合电动汽车(HEV-油电混合、PHEV-电油混合、FCV-电电混合)高度重视。然而，现在还没有任何一种电池能与石油相提并论，因此，高性能动力电池的研发，是动力汽车发展的瓶颈。目前的动力锂电池，因其质量比能量高，短时间内(10s内)的质量比功率可达1000W/kg以上，而成为人们研究的热点。随着Co价格的增长，以及容量要求的提高，高镍低钴型三元材料正在快速发展中。为了进一步提高高镍低钴型三元正极材料的容量，提高其工作电压是一种有效的方法，但高镍低钴型三元正极材料，因其钴含量较少，在高电压下的循环稳定性以及安全性是一个必须面对的难题。三元正极材料在高电压(4.45V)下发生不可逆相变，其层状结构被破坏，导致其容量衰减很快，循环性能下降。因此，为了提高高镍低钴型三元正极材料的高电压性能，需要对其进行改性以提高材料结构稳定性，从而提高其高电压性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种高镍低钴型耐高压三元正极材料及其制备方法，该三元正极材料容量较高，且在高电压下材料稳定，具有优异的电化学性能。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种高镍低钴型耐高压三元正极材料，包括包覆层以及金属元素M掺杂的LiNi0.65Co0.07Mn0.28O2基体，所述金属元素M选自Nb、Mg、Y、Ti、W、Al和Zr中的至少两种；所述包覆层含金属元素M′，金属元素M′选自Nb、Mg、Y、Ti、W、Al和Zr中的至少两种。本专利技术中利用多种金属元素包覆及掺杂协同作用改善高镍低钴型三元正极材料LiNi0.65Co0.07Mn0.28O2的电化学性能及结构稳定性，从而得到高镍低钴型耐高压三元正极材料。本专利技术选用高镍低钴型三元正极材料，原材料成本较为低廉，同时制备得到的三元正极材料的容量较高，在高电压下循环稳定性较好。优选地，所述金属元素M包括主掺杂金属元素和辅掺杂金属元素，所述主掺杂金属元素的掺杂量为LiNi0.65Co0.07Mn0.28O2质量的1500-3000ppm，单个辅掺杂金属元素的掺杂量为LiNi0.65Co0.07Mn0.28O2质量的300-1500ppm，主掺杂金属元素的掺杂量大于单个辅掺杂金属元素的掺杂量，主掺杂金属元素和所有辅掺杂金属元素的掺杂总量为LiNi0.65Co0.07Mn0.28O2质量的10000ppm；主掺杂金属元素选自Zr、Nb或Al，辅掺杂金属元素选自Nb、Mg、Y、Ti、W、Al和Zr中的至少一种，且主掺杂金属元素和辅掺杂金属元素的种类不相同；所述高镍低钴型耐高压三元正极材料中金属元素M′的包覆量为LiNi0.65Co0.07Mn0.28O2质量的2000-5000ppm，通过筛选上述金属元素的种类，优选适合的掺杂量或包覆量，制备得到的材料在高电压下的循环稳定性较好。本专利技术还提供了上述高镍低钴型耐高压三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)称取锂源、主掺杂金属元素氧化物、辅掺杂金属元素氧化物和前驱体Ni0.65Co0.07Mn0.28(OH)2；(2)将步骤(1)的前驱体Ni0.65Co0.07Mn0.28(OH)2、锂源、主掺杂金属元素氧化物和辅掺杂金属元素氧化物依次加入混料罐中，加入分散剂，混合均匀后干燥；(3)将步骤(2)中烘干的混合物料在氧气气氛下一次煅烧，得到块状物料；(4)将步骤(3)得到的块状物料进行磨碎，过筛和粉碎后，得到金属元素M掺杂的LiNi0.65Co0.07Mn0.28O2基体；(5)将金属元素M掺杂的LiNi0.65Co0.07Mn0.28O2基体和金属元素M′氧化物混合均匀后，二次煅烧后过筛，即得到所述高镍低钴型耐高压三元正极材料。本专利技术在一次烧结同时对三元正极材料进行多种金属元素掺杂改性，通过二次烧结在三元正极材料的表面包覆多种金属元素，工艺过程简单，便于操作，且制备得到的三元正极材料的电化学性能稳定、循环性能良好。本专利技术制备得到的三元正极材料在高电压下具有优异的电化学性能，3.0-4.45V电压区间下0.1C放电比容量达到201mAh/g，100周循环容量保持率达到90％。优选地，所述锂源包含碳酸锂、一水合氢氧化锂、硝酸锂和草酸锂中的至少一种，更优选为碳酸锂或一水合氢氧化锂。优选地，所述主掺杂金属元素氧化物选自纳米氧化锆、气相法纳米氧化铝或纳米氧化铌，辅掺杂金属元素氧化物选自纳米氧化锆、纳米氧化镁、气相法纳米氧化铝、纳米氧化钛、纳米氧化钨、纳米氧化铌和纳米氧化钇中的至少一种，且主掺杂金属元素氧化物和辅掺杂金属元素氧化物不相同。过低的摩尔比会导致材料电池比容量下降，过高的摩尔比会造成材料Li-Ni混排严重化，从而导致材料循环性能差，因此，所述锂源的锂离子与前驱体Ni0.65Co0.07Mn0.28(OH)2中镍、钴、锰离子的总和的摩尔比优选为(1-1.10):1，更优选为1.05：1，能够使材料在高电压下具有较好的循环性能以及较高的容量。优选地，所述步骤(3)中，一次煅烧的温度为700-1000℃，煅烧时间为8-15小时，一次煅烧的温度和时间需要根据金属元素M的具体种类及其掺杂量进行选择。本专利技术中的主掺杂金属元素是指单个掺杂量最多的金属元素，其余的掺杂金属元素即为辅掺杂金属元素。所述步骤(4)中，主掺杂金属元素的掺杂量为LiNi0.65Co0.07Mn0.28O2质量的1500-3000pm，单个辅掺杂金属元素的掺杂量为LiNi0.65Co0.07Mn0.28O2质量的300-1500ppm，且主掺杂金属元素的掺杂量大于单个辅掺杂金属元素的掺杂量，主掺杂金属元素和所有辅掺杂金属元素的掺杂总量不超过LiNi0.65Co0.07Mn0.28O2质量的10000ppm。优选地，所述步骤(5)中，金属元素M′的总包覆量为LiNi0.65Co0.07Mn0.28O2质量的2000-5000ppm，制备得到的材料在高电压下兼具较好的循环性能以及较高的容量。优选地，所述步骤(5)中，二次煅烧的温度为300-850℃，煅烧时间为3-12小时，二次煅烧的温度和时间需要根据金属元素M′的具体种类及其包覆量进行选择。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术在一次烧结同时对三元正极材料进行多种金属元素掺杂改性，通过二次烧结在三元正极材料的表面包覆多种金属元素，利用包覆及掺杂两者协同作用改善三元正极材料的电化学性能及结构稳定性。本专利技术所用的原料简单易得，工艺过程简单，便于操作，制备得到的高镍低钴型耐高压三元正极材料结构稳定，电化学性能好，符合规模化生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高镍低钴型耐高压三元正极材料，其特征在于，包括包覆层以及金属元素M掺杂的LiNi

【技术特征摘要】
1.一种高镍低钴型耐高压三元正极材料，其特征在于，包括包覆层以及金属元素M掺杂的LiNi0.65Co0.07Mn0.28O2基体，所述金属元素M选自Nb、Mg、Y、Ti、W、Al和Zr中的至少两种；所述包覆层含金属元素M′，金属元素M′选自Mg、Y、Ti、W、Al和Zr中的至少两种。


2.根据权利要求1所述的高镍低钴型耐高压三元正极材料，其特征在于，所述金属元素M包括主掺杂金属元素和辅掺杂金属元素，所述主掺杂金属元素的掺杂量为LiNi0.65Co0.07Mn0.28O2质量的1500-3000ppm，单个辅掺杂金属元素的掺杂量为LiNi0.65Co0.07Mn0.28O2质量的300-1500ppm，主掺杂金属元素的掺杂量大于单个辅掺杂金属元素的掺杂量，主掺杂金属元素和所有辅掺杂金属元素的掺杂总量不超过LiNi0.65Co0.07Mn0.28O2质量的10000ppm；主掺杂金属元素选自Zr、Nb或Al，辅掺杂金属元素选自Nb、Mg、Y、Ti、W、Al和Zr中的至少一种，且主掺杂金属元素和辅掺杂金属元素的种类不相同；
所述高镍低钴型耐高压三元正极材料中金属元素M′的包覆量为2000-5000ppm。


3.权利要求1所述的高镍低钴型耐高压三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称取锂源、主掺杂金属元素氧化物、辅掺杂金属元素氧化物和前驱体Ni0.65Co0.07Mn0.28(OH)2；
(2)将步骤(1)的前驱体Ni0.65Co0.07Mn0.28(OH)2、锂源、主掺杂金属元素氧化物和辅掺杂金属元素氧化物依次加入混料罐中，加入分散剂，混合均匀后干燥；
(3)将步骤(2)中烘干的混合物料在氧气气氛下一次煅烧，得到块状物料；
(4)将步骤(3)得到的块状物料进行磨碎，过筛和粉碎后，得到金属元素M掺杂的LiNi0.65Co0.07Mn0.28O2基体；
(5)将金属元素M掺杂的LiNi0.65Co0.07Mn0.28O2基体和金属元素M′氧化物混合均匀后，二次煅烧后过筛，即得到所述高镍低钴型耐高压三元正极材料。...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓利远，陈伟，周志度，李宇东，贺亚峰，文雅，吴建华，万国江，马真，司兰杰，
申请(专利权)人：江门市科恒实业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44