一种高价掺杂的富锂材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种高价掺杂的富锂材料，高价元素的掺杂稳定了晶格氧，通过抑制循环过程中富锂材料的失氧，提升富锂材料的循环稳定性，还能缓解循环过程中富锂材料表层和体相的相变

【技术实现步骤摘要】
一种高价掺杂的富锂材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种高价掺杂的富锂材料及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]当前，锂离子电池作为综合性能最优的二次电池成为动力电池的首选
。
目前主流产品中，磷酸铁锂正极材料比能量已接近理论上限
、
镍钴锰三元正极材料已处于瓶颈期
。
为满足市场对于电动汽车长续航里程的要求，近年来出现的高比容量的富锂层状氧化物材料作为正极是提高动力电池能量密度的重要途径
。
[0003]富锂材料由于阴离子提供部分容量，在高电压循环中易出现晶格失氧
、
界面衰退等问题，目前主要的缓解方式包括调控富锂相占比
、
掺杂和包覆
。
其中掺杂方面，使用高价元素掺杂可以增强过渡金属与氧之间的结合，起到抑制失氧的作用
。
然而，高价元素掺杂最终引起过渡金属溶出，容量衰减，放电电压下降等问题
。CN113772747A
公开了一种铌掺杂的富锂锰基正极材料，在制备前驱体时加入铌源，然后煅烧获得铌掺杂的富锂锰基正极材料
。
该材料循环性能有所改善，然而由于并未采取措施降低高价元素掺杂带来的弊端，导致过渡金属价态下降，容量下降等问题
。
[0004]综上所述，高价元素掺杂在改善富锂材料的同时，也会带来一系列负面作用，因此需要方法解决这一问题，减轻高价元素掺杂的弊端，从而改善电池的容量和循环性能
。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种高价掺杂的富锂材料，本专利技术通过在制备高价掺杂的富锂材料过程中，额外添加助剂，从而可以抑制富锂材料中过渡金属价态的下降，减轻高价掺杂带来的弊端，获得一种高容量高循环的富锂材料
。
[0006]本专利技术提供了一种高价掺杂的富锂材料，在制备过程中添加助剂，所述助剂包括碳酸锂
、
硫酸锂
、
氢氧化锂
、
醋酸锂
、
草酸锂
、
有机锂中的至少一种，所述助剂与制备高价掺杂的富锂材料的锂源不同
。
[0007]优选的，所述助剂的添加量由式
I
所示的公式计算得到：
[0008][0009]其中，以
mol
计，
N
为所述助剂的添加量；
[0010]以
mol
计，
N
x
为所述高价掺杂的富锂材料中高价元素的摩尔量；
[0011]K
x
为所述高价掺杂的富锂材料中高价元素的稳定价态；
[0012]Y
为所述助剂化学式中锂原子的个数
。
[0013]优选的，所述高价掺杂的富锂材料的化学式为：
Li
1.2
‑
m
Ni
0.8+m
‑
q
‑
y
‑
z
Mn
q
Co
y
M
z
O2；
[0014]其中，
0≤m≤0.2
，
0.5≤q≤1
，
0≤y≤0.3
，0＜
z≤0.1
，
M
为在富锂材料中稳定价态
大于或等于正四价的至少一种金属元素
。
[0015]优选的，所述
M
包括
Nb、W、Ti、Zr、Mo
中的一种或多种
。
[0016]优选的，所述高价掺杂的富锂材料满足下列条件至少其一：
[0017](1)
所述高价掺杂的富锂材料包括球形或类球型形貌的颗粒；
[0018](2)
所述高价掺杂的富锂材料的体积中值粒径
Dv50
为1‑
50
μ
m
；
[0019](3)
所述高价掺杂的富锂材料包括一次颗粒聚集而成的二次颗粒，所述一次颗粒的平均粒径为
10
‑
500nm。
[0020]本专利技术还提供了一种上述高价掺杂的富锂材料的制备方法，包括以下步骤：
[0021]将富锂材料前驱体
、
锂源
、
掺杂添加剂和助剂混合后煅烧，得到高价掺杂的富锂材料，所述助剂与锂源不同
。
[0022]优选的，所述的制备方法满足如下条件至少其一：
[0023](1)
所述富锂材料前驱体的化学式为
Ni
a
Mn
b
Co
c
(OH)2，其中
0≤a≤0.5
，
0.5≤b≤1
，
0≤c≤0.3。
[0024](2)
所述锂源包括碳酸锂
、
硫酸锂
、
氢氧化锂
、
醋酸锂或草酸锂；
[0025](3)
所述掺杂添加剂包括含有
M
的氧化物
、
氢氧化物
、
氯化物
、
硫酸盐
、
硝酸盐
、
醋酸盐和草酸盐中的一种或多种；
[0026](4)
所述富锂材料前驱体和锂源的摩尔比为
1:1.04
～
1.56
；
[0027](5)
所述掺杂添加剂与富锂材料前驱体的质量比为
500
～
20000ppm
；
[0028](6)
所述煅烧具体包含两步：
[0029]第一步煅烧温度为
400
～
600℃
，升温速率为每分钟
1.0
～
5.0℃
，煅烧时间为1～
10h
，环境为空气或氧气气氛；
[0030]第二步煅烧温度为
600
～
1000℃
，升温速率为每分钟
1.0
～
5.0℃
，煅烧时间为6～
20h
，环境为空气或氧气气氛
。
[0031]本专利技术还提供了一种锂离子电池正极材料，所述正极材料包含上述高价掺杂的富锂材料或上述制备方法制得的高价掺杂的富锂材料
。
[0032]本专利技术还提供了一种用于锂离子电池的补锂剂，所述补锂剂包含上述高价掺杂的富锂材料或上述制备方法制得的高价掺杂的富锂材料
。
[0033]本专利技术还提供了一种锂离子电池，包括上述高价掺杂的富锂材料或上述制备方法制得的高价掺杂的富锂材料
。
[0034]与现有技术相比，本专利技术提供了一种高价掺杂的富锂材料，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高价掺杂的富锂材料，其特征在于，在制备过程中添加助剂，所述助剂包括碳酸锂
、
硫酸锂
、
氢氧化锂
、
醋酸锂
、
草酸锂
、
有机锂中的至少一种，所述助剂与制备高价掺杂的富锂材料的锂源不同
。2.
根据权利要求1所述的高价掺杂的富锂材料，其特征在于，所述助剂的添加量由式
I
所示的公式计算得到：其中，以
mol
计，
N
为所述助剂的添加量；以
mol
计，
N
x
为所述高价掺杂的富锂材料中高价元素的摩尔量；
K
x
为所述高价掺杂的富锂材料中高价元素的稳定价态；
Y
为所述助剂化学式中锂原子的个数
。3.
根据权利要求1所述的高价掺杂的富锂材料，其特征在于，所述高价掺杂的富锂材料的化学式为：
Li
1.2
‑
m
Ni
0.8+m
‑
q
‑
y
‑
z
Mn
q
Co
y
M
z
O2；其中，
0≤m≤0.2
，
0.5≤q≤1
，
0≤y≤0.3
，0＜
z≤0.1
，
M
为在富锂材料中稳定价态大于或等于正四价的至少一种金属元素
。4.
根据权利要求3所述的高价掺杂的富锂材料，其特征在于，所述
M
包括
Nb、W、Ti、Zr、Mo
中的一种或多种
。5.
根据权利要求1所述的高价掺杂的富锂材料，其特征在于，所述高价掺杂的富锂材料满足下列条件至少其一：
(1)
所述高价掺杂的富锂材料包括球形或类球型形貌的颗粒；
(2)
所述高价掺杂的富锂材料的体积中值粒径
Dv50
为1‑
50
μ
m
；
(3)
所述高价掺杂的富锂材料包括一次颗粒聚集而成的二次颗粒，所述一次颗粒的平均粒径为
10
‑
500nm。6.
一种如权利要求1～5任意一项所述的高价掺杂的富锂材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将富锂材料前驱体
...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄鹤平，张海天，吉长印，吕菲，徐宁，
申请(专利权)人：天津巴莫科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：