[发明专利]一种高镍三元锂离子正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高镍三元锂离子正极材料及其制备方法，该高镍三元锂离子正极材料为铌掺杂的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂，其化学式为Li(Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1)_1‑xNb_xO₂，0＜x≤2％，制备方法为将镍源、钴源、锰源和铌源与尿素混合，加水搅拌至溶解进行水热反应；反应结束对反应釜内溶液及沉淀过滤洗涤，干燥后得到前驱体，将前驱体研磨成粉末，并混入等摩尔量的锂源，混合研磨均匀，将所得混合粉末在氧气气氛中进行高温烧结，冷却至室温将粉末研磨后，即得到高镍三元锂离子正极材料，该三元正极材料相比于未掺杂的材料表现出更好的倍率和循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种高镍三元锂离子正极材料及其制备方法。

背景技术

随着煤石油等化石能源的减少，能源问题日益突出，寻找新的储能材料成为当下科研的热点之一。锂离子电池是目前为止市场上最常见的能量转换及储存装置，由于其能量密度高、电压高、寿命长等优点，广泛应用于手机、电脑、电动车、以及各类数码产品上，成为人类生活必不可少的一部分。

锂离子电池的组成包括正极材料、负极材料、隔膜、电解液以及集流体等，其中，正极材料的容量一般偏小，这在很大程度上决定了整个电池的性能，目前市场上已经商业化的锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、磷酸铁锂等。磷酸铁锂导电性较差，振实密度低；钴酸锂价格昂贵且钴有一定毒性，这在一定程度上限制了它们在动力汽车等大型储能设备上的应用。

在众多新兴的锂离子电池正极材料中，三元正极材料综合了LiCoO₂，LiNiO₂，LiMnO₂三种层状材料的优点，如容量高、成本低、安全性能好、电压平台高等，自发现起就得到很快的发展，但这种材料也同样存在着一些缺点如导电性不佳，大倍率性能差等，从一定程度上限制了其大规模的应用。根据化学式中镍钴锰元素的摩尔比例不同，可将三元材料又分为333、523、622、811等其他类型，其中，镍的存在可以为材料提供更高的容量，但过多会容易引发严重的镍锂混排，钴的存在能稳定材料的层状结构，一直镍锂阳离子混排，并且提高材料的导电性和倍率性能；锰的存在对材料结构起到稳定的作用，降低材料成本，并改善材料的安全性。随着对电极材料能量密度的要求越来越高，容量较高的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂逐渐受到人们的关注。

针对LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂导电性差、循环性能和大倍率性能差的缺点，研究者们提出了很多改性的方法，如掺杂、包覆等，体相掺杂由于其方法简便，性能提升明显而受到越来越多的关注，主要包括在锂位掺杂，过渡金属位掺杂，以及在氧位掺杂，所得到的材料在循环和倍率性能方面都有一定的效果，但也仍需要继续改进，尤其是LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂正极材料的循环稳定性差和大倍率性能不佳。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种高镍三元锂离子正极材料及其制备方法，主要用于解决先有技术制备出的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂循环稳定性差和大倍率性能不佳等问题。

本发明的目的通过以下技术方案实现：