一种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一种锂离子电池正极材料及其制备方法，该锂离子电池正极材料包括共掺杂正极材料Li

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电池材料
，特别是一种锂离子电池正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]镍钴锰三元锂离子电池正极材料由于其较高的能量密度以及相对较简单的制备工艺，目前被广泛应用于便携式电子设备、电动工具以及新能源领域。随着新能源行业的迅速发展，对为其提供能量的锂离子电池提出了更高的要求，尤其是功率性能及循环性能的要求更为苛刻。针对这些问题对三元正极材料进行改性，进一步提高三元材料的电池性能，以期在提高其比能量的同时，兼顾循环寿命和安全性。掺杂和表面包覆是常用的改性手段，研究发现包覆层可作为保护层缓解电解液对正极材料的腐蚀，抑制结构坍塌、显著提高三元材料的循环稳定性和热稳定性。
[0003]现有的一些掺杂方案在掺杂之后可能会对正极材料的倍率性能有所提升，但是会牺牲一部分三元材料的充放电容量，还有市面上的大部分包覆剂虽然能够提升材料的导电性能,但往往也会带来新的问题，比如容易导致包覆后材料的极化增加、容量降低、倍率降低、耐腐蚀性等，其主要原因在于包覆剂的引入会对原有三元材料结构的稳定性产生影响。故需要提出一种新的三元正极材料掺杂方案用于解决上述现有问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提供一种锂离子电池正极材料及其制备方法，用于解决现有技术中引入传统包覆剂后三元材料结构的稳定性降低且耐腐蚀性不佳的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了第一解决方案：提供一种锂离子电池正极材料，包括共掺杂正极材料Li
n
Ni
x
Co
y
Mn
(1
‑
x
‑
y)
M
z
O2以及包覆共掺杂正极材料的碳化钨，其中M为Mg、Al、Zn混合构成的共掺杂物且三者的摩尔比依次为(0.1～1):(0.1～1):(0.1～1)，0.9≤n≤1.2，0.00001≤z≤0.1，0.01≤x≤1，0.01≤y≤1，所述共掺杂正极材料与碳化钨的摩尔比为1：(0.008～0.012)。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了第二解决方案：提供一种锂离子电池正极材料的制备方法，该方法用于制备前述第一解决方案中的锂离子电池正极材料，其步骤包括：按配比分别称取氢氧化锂和镍钴锰三元前驱体并混合均匀，得到初始混合料；按配比分别称取纳米氧化镁、纳米氧化铝、纳米氧化锌并与初始混合料混合均匀，得到共掺杂混合料；将共掺杂混合料进行一次烧结，得到共掺杂正极材料Li
n
Ni
x
Co
y
Mn
(1
‑
x
‑
y)
M
z
O2；按配比称取纳米碳化钨并与共掺杂正极材料混合均匀，得到包覆混合料；将包覆混合料进行二次烧结，得到锂离子电池正极材料；其中，M为Mg、Al、Zn混合构成的共掺杂物且三者的摩尔比依次为(0.1～1):(0.1～1):(0.1～1)，0.9≤n≤1.2，0.00001≤z≤0.1，0.01≤x≤1，0.01≤y≤1，所述共掺杂正极材料与纳米碳化钨的摩尔比为1：(0.008～0.012)。
[0007]优选的，纳米氧化镁、纳米氧化铝和纳米氧化锌的粒径均小于或等于30nm，所述纳米碳化钨的粒径小于或等于100nm。
[0008]优选的，得到初始混合料的步骤中，氢氧化锂和镍钴锰三元前驱体的摩尔比(0.9～1.2)：1，且镍钴锰三元前驱体为镍钴锰的复合氢氧化物、复合氧化物中的一种或多种的混合物。
[0009]优选的，得到共掺杂混合料的步骤中，纳米氧化镁、纳米氧化铝、纳米氧化锌的总量与镍钴锰三元前驱体的摩尔比为(0.00001～0.1)：1。
[0010]优选的，一次烧结的步骤具体包括：将共掺杂混合料在600℃～1200℃条件下焙烧6h～36h。
[0011]优选的，二次烧结的步骤具体包括：将包覆混合料在100℃～600℃条件下焙烧1h～12h。
[0012]本专利技术的有益效果是：区别于现有技术的情况，本专利技术提供了一种锂离子电池正极材料及其制备方法，通过镁铝锌源与镍钴锰三元前驱体混合烧结，以及碳化钨的包覆，使镍钴锰三元正极材料的结构稳定性显著增强，同时显著提高了镍钴锰三元正极材料的耐腐蚀能力以及电容量。
具体实施方式
[0013]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本专利技术保护的范围。
[0014]对于本专利技术中的第一解决方案，提供一种锂离子电池正极材料，包括共掺杂正极材料Li
n
Ni
x
Co
y
Mn
(1
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x
‑
y)
M
z
O2以及包覆共掺杂正极材料的碳化钨，其中M为Mg、Al、Zn混合构成的共掺杂物且三者的摩尔比依次为(0.1～1):(0.1～1):(0.1～1)，0.9≤n≤1.2，0.00001≤z≤0.1，0.01≤x≤1，0.01≤y≤1，所述共掺杂正极材料与碳化钨的摩尔比为1：(0.008～0.012)。
[0015]该解决方案的机理在于，采用镁源、铝源和锌源对三元正极材料进行共掺杂，镁铝锌三种元素在共掺杂时会发生协同作用，可以有效改善三元正极材料的层状结构稳定性并降低阳离子混排度，增加晶格结构稳定性，从而使有序化的层状结构更有利于Li离子的迁移与扩散，可有效减小电池的阻抗，改善其导电性，提高电池的循环性和倍率性能，并不会降低材料的充放电容量；同时，共掺杂元素的引入会抑制过渡金属在电解液中的溶解，使正极材料在高温循环过程中的电容量保持率显著提高。另一方面，采用碳化钨对共掺杂正极材料进行包覆，由于镁铝锌的共掺杂协同作用增强了三元正极材料的稳定性，引入的碳化钨不会对共掺杂正极材料本身的稳定性造成较大的影响，同时碳化钨的引入可以有效缓解电解液对正极材料的腐蚀，进一步提高共掺杂正极材料的结构稳定性，降低极化，并利用碳化钨的电催化能力显著提升正极材料的充放电容量。
[0016]对于本专利技术中的第二解决方案，提供一种锂离子电池正极材料的制备方法，该方法用于制备前述第一解决方案中的锂离子电池正极材料，其步骤包括：
[0017](1)按配比分别称取氢氧化锂和镍钴锰三元前驱体并混合均匀，得到初始混合料。本步骤中，以摩尔比(0.9～1.2)：1分别称取氢氧化锂和镍钴锰三元前驱体并混合均匀，其中镍钴锰三元前驱体优选为含镍、钴、锰的复合氢氧化物、复合氧化物中的一种或多种的混
合物。
[0018](2)按配比分别称取纳米氧化镁、纳米氧化铝、纳米氧化锌并与初始混合料混合均匀，得到共掺杂混合料。本步骤中，所掺入的镁铝锌金属的总摩尔量为初始混合料中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极材料，其特征在于，所述锂离子电池正极材料包括共掺杂正极材料Li
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Ni
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Co
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Mn
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O2以及包覆所述共掺杂正极材料的碳化钨，其中M为Mg、Al、Zn混合构成的共掺杂物且三者的摩尔比依次为(0.1～1):(0.1～1):(0.1～1)，0.9≤n≤1.2，0.00001≤z≤0.1，0.01≤x≤1，0.01≤y≤1，所述共掺杂正极材料与碳化钨的摩尔比为1：(0.008～0.012)。2.一种如权利要求1所述锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，其步骤包括：按配比分别称取氢氧化锂和镍钴锰三元前驱体并混合均匀，得到初始混合料；按配比分别称取纳米氧化镁、纳米氧化铝、纳米氧化锌并与所述初始混合料混合均匀，得到共掺杂混合料；将所述共掺杂混合料进行一次烧结，得到共掺杂正极材料Li
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O2；按配比称取纳米碳化钨并与所述共掺杂正极材料混合均匀，得到包覆混合料；将所述包覆混合料进行二次烧结...

【专利技术属性】
技术研发人员：许开华，刘钊，徐世国，张翔，陈玉君，张明龙，赵德，顾仁宝，侯奥林，
申请(专利权)人：格林美股份有限公司，
类型：发明
国别省市：