[发明专利]一种Er、Zr金属离子混合掺杂三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明适用于锂电池技术领域，提供一种Er、Zr金属离子混合掺杂三元正极材料的制备方法，包括预烧结步骤、配置掺杂元素溶液步骤、混料步骤、水热步骤、干燥步骤、烧结步骤。本发明采用预烧方法，将NCA前驱体预烧成多孔蜂窝状的类球形的预烧前驱体，然后将Er、Zr源按比例配置成溶液，与预烧前驱体在水系条件下混合后，Er、Zr溶液通过蜂窝状的孔洞有效的导入到正极材料基材内部中，再补锂，在水热、高温高压下，熔融Er、Zr源、基材以及锂源，使得充分有效反应，最后高温烧结，使得成品结晶，得到混合掺杂型镍钴铝酸锂正极材料；Zr⁴⁺可以减少阳离子混排，Er³⁺可以减少极化，增强电化学性能，因此Er³⁺/Zr⁴⁺在充电过程不发生电化学反应，不发生价态变化，可以起到稳定晶型结构的作用。

技术领域

本发明属于锂电池正极材料技术领域，尤其涉及一种Er、Zr金属离子混合掺杂三元正极材料及其制备方法。

背景技术

镍钴铝酸锂三元正极材料由于具有较高的能量密度，被广泛的运用于IT产品以及新能源汽车领域。但单纯的镍钴铝酸锂(LNCA)由于结构稳定性较差，而且镍钴铝酸锂有着较高的镍含量，容易发生阳离子混排，Ni²⁺、Li⁺互相占位，阻碍Li⁺传输和破坏材料晶体结构，并且Li⁺传在晶界之间的传达能力较差，导致材料的循环寿命和容量造成极大的危害。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种，旨在解决现有。

一方面，所述Er、Zr金属离子混合掺杂三元正极材料的制备方法包括下述步骤：

S1、预烧结步骤：称取镍钴铝酸锂前驱体，并喷撒高纯水混合均匀，转入烧结炉进行预烧结；

S2、配置掺杂元素溶液步骤：选取一定质量比例的Er源和Zr源加入去离子水中进行搅拌，搅拌同时进行超声，得到Er与Zr的混合溶液；

S3、混料步骤：称取预烧结后的前驱体，加入锂源，随后加入去离子水进行混合搅拌，搅拌同时进行超声，在搅拌超声过程中，滴加配置好的Er与Zr的混合溶液，得到混料溶液；

S4、水热步骤：将所述混料溶液加入至水热反应釜内，然后置于烘干箱中加热，设置水热反应温度与反应时间；

S5、干燥步骤：将水热后的物料进行干燥；

S6、烧结步骤：将干燥后的物料样品投入到烧结窑中，设置烧结温度和烧结时间，通入一定流量的气体，烧结完成后得到的样品，经过过筛除铁得到Er、Zr金属离子混合掺杂型镍钴铝酸锂正极材料。

另一方面，所述Er、Zr金属离子混合掺杂三元正极材料由上述方法制备得到，其形貌为类球形状，其成分化学式用LiNi_(1-x-y-z)Co_xAl_yEr_zZr_zO₂表示，0≤x≤0.15,0≤y≤0.05,0.001≤z≤0.005。

本发明的有益效果是：本发明制备镍钴铝酸锂材料时，首先采用预烧方法，将NCA前驱体预烧成多孔蜂窝状的类球形的预烧前驱体，然后将Er、Zr源按比例配置成溶液，与预烧前驱体在水系条件下混合后，Er、Zr溶液通过蜂窝状的孔洞有效的导入到正极材料基材内部中，再补锂，在水热、高温高压下，熔融Er、Zr源、基材以及锂源，使得充分有效反应，最后高温烧结，使得成品结晶，得到混合掺杂型镍钴铝酸锂正极材料；Zr⁴⁺可以减少阳离子混排，Er³⁺可以减少极化，增强电化学性能，因此Er³⁺/Zr⁴⁺在充电过程不发生电化学反应，不发生价态变化，可以起到稳定晶型结构的作用。

附图说明