【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种中镍低钴三元正极材料及其制备方法和应用，属于电极及其制备。
技术介绍
1、当前商业化石墨和硅碳负极材料的比容量已达350~800 mah g-1，而正极材料的比容量仅为135~200 mah g-1，成为高能量密度锂离子电池发展的瓶颈所在。因此，研发具有高容量、长寿命、低成本和高安全性的新型正极材料成为关键。
2、中镍低钴类型锂层状氧化物正极材料由于其所具有的高的充电截止电压可提高输出容量、适中的镍含量和高的锰含量可提高循环稳定性和安全性、低的钴含量可降低材料成本的三重优势而正受到关注，符合当前社会发展的需要。然而，其也存在着一些固有问题而威胁其循环稳定性。如高电压意味着深度的锂离子脱嵌和氧化还原反应，深度的锂离子脱嵌将形成大量的锂离子空位，将促进金属阳离子的自发迁移，造成有害的阳离子无序混排，不仅阻碍锂离子的扩散，而且形成局部晶格畸变而产生晶内微裂纹，破坏材料层状晶体结构。此外，深度的锂离子脱嵌将造成大的层状结构体积变化，在二次团聚体颗粒内部产生大的各向异性内应力，在长期循环过程中产生晶间微裂纹和甚至颗粒粉碎，造成材料输出容量的急剧减小。同时，深度的氧化还原反应将产生更多高活性和不稳定的ni4+，不仅直接催化电解液发生分解，而且能够掠夺临近晶格氧原子的电子而成为稳定的ni2+，晶格氧失去电子后成为活性氧原子，两者相结合后成为高活性的氧气分子而溢出（o2-→o→o2），这不仅催化电解液的分解，而且造成有害的界面相转变（层状→尖晶石→岩盐相）。这些将使电极电解液界面环境恶化，增加界面阻抗而造成材料性能
3、针对上述问题，当前常用的改性策略主要为体相掺杂和表面包覆。体相掺杂能够从根本上影响材料的原子化学环境和层状晶体结构，表面包覆既可物理约束颗粒的体积变化，也能隔绝电极电解液的直接接触。这两种改性可全方位的增强材料体相结构和界面环境稳定性，极大地改善其储锂性能。大量的掺杂和包覆改性工作已经被进行：专利cn105470454a公开了一种采用与过渡金属有机盐均匀混合焙烧获得单阳离子掺杂改性的三元材料，掺杂离子包括mg、fe、si、ti、nb、zr和ge，所具有的金属氧键更稳定，增强晶格氧稳定性而提高材料的储锂性能；专利cn101752562a公开一种多元素复合掺杂改性的锂离子电池正极材料，掺杂元素包括fe、ti和al等，展现出改善的储锂性能；专利cn112054194a公开了一种采用气相高温焙烧法进行表面p掺杂的锂离子电池正极材料，表面经p修饰后形成一层钝化层，提高锂离子传输速率和增强层状结构稳定性，极大地改善材料的储锂性能；专利cn109326778a公开了一种利用溶胶凝胶法和高温焙烧相结合，在三元材料表面包覆一层镍酸镧物质，有效地改善了材料的容量保持率；专利cn109286006a公开了一种利用球磨和高温焙烧相结合的方法在三元正极材料表面包覆一层氟化碳颗粒，提高了材料的首次库伦效率和倍率性能；专利cn113013389a公开了一种利用高锰酸钾为原料在三元材料表面包覆一层锰氧化物，减少界面副反应，提高材料的安全和循环性能。这些工作都极大改善了材料的储锂性能。然而面对中镍低钴这样具有更大挑战的三元正极材料，简单的掺杂和包覆改性难以完全有效地解决其所面临的所有问题，需要进行更全面高效的掺杂和包覆复合改性来加以缓解，以最大限度的解决其存在的问题，实现高能量密度、长循环寿命、高安全性和低成本的目标。同时在已公开的离子掺杂和表面包覆改性的实验方法中存在着利用有机盐物质、操作流程复杂、能耗高等问题。所以，亟需开发一种操作简单、改性效果优异、易工业化生产的掺杂和包覆改性方法，并制备出高性能的改性中镍低钴三元正极材料。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有锂离子电池正极材料储锂性能受限的问题，提供一种中镍低钴三元正极材料及其制备方法和应用。
2、本专利技术的技术方案：
3、本专利技术的目的之一是提供一种中镍低钴三元正极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
4、（1）将a类金属的氧化物颗粒和b类金属的氧化物颗粒均匀分散在溶剂中，得到分散液；
5、（2）将前驱体粉末加入到分散液中，混合均匀，得到黏稠浆料；
6、（3）将黏稠浆料经干燥处理后与锂盐混合，混合均匀后进行焙烧，得到中镍低钴三元正极材料。
7、进一步限定，（1）中a类金属的氧化物颗粒为tio2、al2o3、mgo、v2o5、cr2o3、zro2、nb2o5、in2o3、sno2、wo3、sb2o3、ta2o5或moo3。
8、更进一步限定，（1）中a类金属的氧化物颗粒的粒径为20 nm。
9、进一步限定，（1）中b类金属的氧化物颗粒为y2o3、la2o3、ceo2、pr6o11、nd2o3、sm2o3、eu2o3、gd2o3、tb2o3、dy2o3、ho2o3、er2o3、tm2o3、yb2o3或lu2o3。
10、更进一步限定，b类金属的氧化物颗粒的粒径为50 nm。
11、进一步限定，（2）中前驱体为nixcoymn1-x-y(oh)2的二次球或单晶，式中0.8>x>0.5，0.1>y>0。
12、更进一步限定，（2）得到的黏稠浆料中a类金属的氧化物的物质的量和b类金属的氧化物的物质的量分别占前驱体中过渡金属的物质的量的比为0.2～1%。
13、进一步限定，（2）得到的黏稠浆料中溶剂为无水乙醇、乙二醇或二次水。
14、进一步限定，（3）中锂盐为lioh∙h2o或li2co3。
15、进一步限定，（3）中焙烧条件为：空气气氛下，在500℃下保温3h，然后升温至850℃，继续保温10~20h。
16、本专利技术的目的之二是提供一种上述方法制备得到的中镍低钴三元正极材料，该中镍低钴三元正极材料包括a类金属掺杂三元电极材料以及包覆在所述a类金属掺杂三元电极材料外表面的b类金属的氧化物。
17、本专利技术的目的之三是提供一种上述中镍低钴三元正极材料的应用，具体的用于制备锂离子电池的正极。
18、有益效果：
19、本专利技术筛选出在焙烧过程可掺杂进入中镍低钴三元材料体相内部的过渡金属元素，以及难以进入体相内部而包覆在材料表面的过渡金属元素，将此两种具有不同属性的纳米级过渡金属氧化物均匀分散在溶剂中，然后与中镍低钴三元材料前驱体均匀物理混合，获得纳米金属氧化物包覆的前驱体材料，干燥后与锂盐混合，经焙烧后获得掺杂和包覆同时复合改性的中镍低钴三元正极材料。与现有技术相比，本申请具有以下优点：
20、（1）本专利技术制备中镍低钴三元材料的方法操作简单、无有毒有害物质加入，能耗小，可在不改变原有本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种中镍低钴三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，（1）中A类金属的氧化物颗粒为TiO2、Al2O3、MgO、V2O5、Cr2O3、ZrO2、Nb2O5、In2O3、SnO2、WO3、Sb2O3、Ta2O5或MoO3；颗粒的粒径为20 nm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，（1）中B类金属的氧化物颗粒为Y2O3、La2O3、CeO2、Pr6O11、Nd2O3、Sm2O3、Eu2O3、Gd2O3、Tb2O3、Dy2O3、Ho2O3、Er2O3、Tm2O3、Yb2O3或Lu2O3；颗粒的粒径为50 nm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，（2）中前驱体为NixCoyMn1-x-y(OH)2的二次球或单晶，式中0.8 > x > 0.5，0.1 > y > 0。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，（2）得到的黏稠浆料中A类金属的氧化物的物质的量和B类金属的氧化物的物质的量分别占前驱体中过渡金属的物质的量的比为0.2～1
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，（2）得到的黏稠浆料中溶剂为无水乙醇、乙二醇或二次水。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，（3）中锂盐为LiOH∙H2O或Li2CO3。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，（3）中焙烧条件为：空气气氛下，在500℃下保温3h，然后升温至850℃，继续保温10h。
9.一种权利要求1~8任一项所述的方法制备得到的中镍低钴三元正极材料，其特征在于，包括A类金属掺杂三元电极材料以及包覆在所述A类金属掺杂三元电极材料外表面的B类金属的氧化物。
10.一种权利要求9所述的中镍低钴三元正极材料的应用，其特征在于，用于制备锂离子电池的正极。
...【技术特征摘要】
1.一种中镍低钴三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，（1）中a类金属的氧化物颗粒为tio2、al2o3、mgo、v2o5、cr2o3、zro2、nb2o5、in2o3、sno2、wo3、sb2o3、ta2o5或moo3；颗粒的粒径为20 nm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，（1）中b类金属的氧化物颗粒为y2o3、la2o3、ceo2、pr6o11、nd2o3、sm2o3、eu2o3、gd2o3、tb2o3、dy2o3、ho2o3、er2o3、tm2o3、yb2o3或lu2o3；颗粒的粒径为50 nm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，（2）中前驱体为nixcoymn1-x-y(oh)2的二次球或单晶，式中0.8 > x > 0.5，0.1 > y > 0。
5.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：程勇，尹东明，徐铭，申亚斌，江吉周，王春丽，王立民，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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