[发明专利]掺杂与包覆双重修饰的锂/钠层状金属氧化物正极材料及其一步合成方法

说明书

本发明公开了掺杂与包覆双重修饰的锂/钠层状金属氧化物正极材料及其一步合成方法。经溶剂‑热处理工艺/固相球磨工艺合成离子掺杂和界面包覆的锂/钠层状金属氧化物正极材料。其中掺杂离子为F^‑、Mg²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Cr³⁺、Ti⁴⁺、Zr⁴⁺、Mo⁴⁺、Sb⁵⁺、V⁵⁺中的一种或一种以上，界面包覆物是包含镧系或锕系中离子半径大于等于的离子化合物。本发明摒弃了传统工艺中先制备离子掺杂的正极材料样品再进行界面包覆的思路，开发了一步合成掺杂与包覆双重修饰锂/钠层状金属氧化物正极材料的新方法，具有工艺简单的特点。该双重修饰型正极材料电化学性能提升明显，可用于动力电池及储能二次电池。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，特别是既掺杂又界面包覆的锂/钠层状金属氧化物正极材料及其一步合成的方法。

背景技术

随着全球不可再生资源日益枯竭，能源危机突现。同时，化石能源开发利用过程中造成的环境污染和生态破坏等问题日趋突出，上述问题对人类的生存和经济发展提出了挑战。为此，迫切要求寻找可替代能源及开发高效储能技术。人们一方面节能减排，大力发展电动汽车和混合电动汽车，另一方面积极开发新的可再生能源，如风能、太阳能、地热能、潮汐能等可再生能源。在众多能源体系中，在众多能源体系中，化学电源是一种化学能与电能相互转化并储存的装置，在合理利用各种新型能源中起着重要的桥梁作用。

在众多二次电池体系中，锂离子电池与钠离子电池因成本低、环境友好等优点备受青睐。然而，这些材料也存在许多的难题有待解决。(1)材料的结构稳定性差。(2)材料的热稳定性差。(3)材料的离子扩散系数低，倍率性能差。

为了改善上述现象，人们提出了离子掺杂和表面包覆两种改性路线，掺杂能抑制锂镍混排，表面包覆能提高材料的界面稳定性，在以往的报道中也有既掺杂又包覆的改性电极材料手段，但传统的双重修饰分为两步进行，即首先合成离子掺杂的样品再进行表面修饰。在本方法中，掺杂离子半径与M离子半径接近，有利于经热扩散进入粒子晶格实现体相掺杂，而界面包覆物中金属离子半径远大于M离子半径，在热处理过程中难以进入Li_xMO₂或Na_xMO₂体相，从而在材料表面富集形成包覆层，进而可以通过一步热处理合成双重修饰的Li_xMO₂或Na_xMO₂材料。因此一步合成双重修饰锂/钠层状金属氧化物正极材料的方法能简化合成工艺且制备的双重修饰型正极材料电化学性能提升明显。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一步合成掺杂与包覆双重修饰的锂/钠层状金属氧化物正极材料的方法以及制备得到的高性能材料，该方法能够简化双重修饰锂/钠电正极材料合成的工艺。