[发明专利]一种表层掺杂Al3+的NCM三元正极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种表层掺杂Al³⁺的NCM三元正极材料的制备方法，属于化学储能电池领域。本发明所述方法是在镍钴锰氢氧化物前驱体与氢氧化锂混合的过程中加入硝酸铝，从而实现Al³⁺在表层锂层掺杂的；与在镍钴锰氢氧化物前驱体制备过程中将Al³⁺掺杂在过渡金属层相比，Al³⁺存在于锂层可以更好的起到支撑作用，而且能够使用较少的Al³⁺掺杂量达到稳定结构的作用，尤其是对高电压高倍率下的电化学性能改善效果显著。本发明所述方法操作简单，工艺及技术容易实现，可以大规模商业化应用，并且该方法可以用于对其他三元正极材料或者富锂正极材料的表面进行Al³⁺掺杂。

技术领域

本发明涉及一种在NCM三元正极材料的表层掺杂Al³⁺的方法，属于化学储 能电池领域。

背景技术

目前，煤、石油、天然气等化石能源日益枯竭，此外，环境污染问题逐渐 成为各国关注的重点问题。纯电动汽车和油汽混动汽车的发展越来越被人们所 关注。这就需要锂二次电池快速发展以满足人们对于新能源电池实际应用的迫 切需求。锂二次电池的家族中，钴酸锂、磷酸铁锂以及三元材料依次在市场中 扮演者重要角色。钴酸锂多应用于小型便捷式电子设备，而磷酸铁锂由于质量 比容量偏低，正逐步被三元材料所取代其在动力电动汽车方面发挥的作用。继 2012年特斯拉发布采用NCA(Li[Ni_0.85Co_0.1Al_0.05]O₂)三元正极材料作为动力电 池的电动汽车Model S之后，世界各地研究三元正极材料(包括NCM和NCA) 的浪潮不断升高。中国也在不遗余力的发展高电压、高镍正极三元材料(NCM、 NCA)，以满足新一代高容量电极材料的要求。

NCM(Li[Ni_xCo_yMn_1-x-y]O₂，x>0.5)三元正极材料有较高的放电比容量(>200 mAh/g)，是实现我国新能源汽车重点专项中提到的，到2020年要实现产业化锂 离子电池的能量密度达到300Wh/Kg以上、成本降至0.8元/Wh以下目标的最有 潜力的正极电池材料。但目前NCM三元正极材料还没有得到广泛的商业化应 用，其主要原因之一就是其循环稳定性能和倍率性能比较差。这是因为Ni元素 在NCM三元正极材料合成过程中会发生偏析而在表面富集，而且Li⁺和Ni²⁺的 离子半径相近，则在电化学充放电循环过程中，很容易发生Li⁺/Ni²⁺混排，使 NCM三元正极材料的结构发生变化，从而影响NCM三元正极材料的电化学稳 定性和电化学循环性能(Nickel‐Rich and Lithium‐Rich Layered Oxide Cathodes: Progressand Perspectives，Arumugam Manthiram,James C.Knight,Seung-Taek Myung,Seung-MinOh,and Yang-Kook Su,Adv.Energy Mater.2016,6,1501010)。