[发明专利]一种表层掺杂Ce3+

说明书

本发明涉及一种表层掺杂Ce³⁺且表层包覆CeO₂的NCM三元正极材料及其制备方法，属于化学储能电池领域。所述材料化学式为wCeO₂‑Li[Ni_{1‑x‑y‑z}Mn_xCo_yCe_z]O₂，其中0.81‑x‑y‑z1，0x+y+z0.2，0.005≤w+z≤0.03；通过将硝酸铈与NCM三元正极材料在乙醇中超声1～2h，然后研磨均匀，在500～750℃下煅烧4～6h，随炉冷却后得到。Ce³⁺稳定了NCM三元正极材料的层状框架结构，减少了正极材料表层中的Li⁺/Ni²⁺的混排；表层CeO₂的包覆稳定了电解液/电极界面结构；显著改善了NCM三元正极材料的倍率性能以及循环稳定性能。

技术领域

本发明涉及一种表层掺杂Ce³⁺且表层包覆CeO₂的NCM三元正极材料及其制备方法，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，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，x0.5)三元正极材料有较高的放电比容量(200 mAh/g)，是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‐RichLayered Oxide Cathodes:Progress and Perspectives，Arumugam Manthiram,JamesC.Knight,Seung-Taek Myung,Seung-Min Oh,and Yang-Kook Su,Adv.EnergyMater.2016,6,1501010)。