[发明专利]镁离子掺杂梯度镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法

说明书

镁离子掺杂梯度镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法，所述正极材料的化学式为LiNi_xCo_yMn_zMg_{(1‑x‑y‑z)}O₂，其中，0.5＜x＜0.9，0.05＜y＜0.20，0.05＜z＜0.30，1‑x‑y‑z＞0；镍含量从所述正极材料颗粒的中心至表面逐渐降低，锰含量从所述正极材料颗粒的中心至表面逐渐升高，钴和镁的含量在所述正极材料中均匀分布。本发明还公开了所述正极材料的制备方法。本发明正极材料在充放电过程中结构及循环性能稳定，容量较高，充放电反应高度可逆的镁离子掺杂梯度镍钴锰酸锂正极材料。本发明方法工艺简单，反应温度低，原材料成本低，适宜于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法，具体涉及一种镁离子掺杂梯度镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法。

背景技术

随着人们对便携设备需求的增加以及商用锂离子电池的发展，目前主流的NCM523、NCM622已经无法满足人们对锂离子电池容量的需求。虽然高镍的NCM811能够满足电动汽车所需的能量密度，但循环性能不稳定，容量衰减较快，难以实现大规模商业化应用。

CN104201366A公开了一种高安全性高压实密度镍钴锰酸锂 NCM523 三元材料的制备方法，是在材料烧结过程中添加适量的镁化合物进行掺杂，以增大镍钴锰酸锂 NCM523三元材料颗粒中单晶粒子尺寸，从而提高颗粒的致密程度，形成牢固的微观性结构变化，最终提高镍钴锰酸锂 NCM523 正极材料的压实密度；虽然该方法简单，且有效提高了材料的压实密度，但容量较低，0.5C克容量仅为151～154mAh/g，1C克容量仅为144～148 mAh/g。

CN108288694A公开了一种Mg²⁺掺杂AlF₃包覆三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：1）将Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3(OH)₂、Li₂CO₃混合；2）烧结，得三元正极材料LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂；3）与碱式碳酸镁混合，烧结，得掺Mg²⁺的三元正极材料；4）再加入到Al(NO₃)₃溶液中进行分散，并缓慢滴加NH₄F溶液，在80℃水浴锅中持续搅拌2h，抽滤，干燥；5）烧结，得Mg²⁺掺杂AlF₃包覆的三元正极材料。虽然该方法通过掺杂和包覆对三元正极材料进行改性，使材料的倍率性能和循环性能显著提高，但该材料的制备过程较为复杂，不利于工业化生产。

CN108155377A公开了一种三元材料电池正极及其制备方法，该三元材料电池正极是在传统NCM811的基础上，采用钠离子、镁离子和铝离子进行等价掺杂。虽然其具有优异的高能量密度，但该材料制备过程较为复杂，不利于工业化生产。

CN 103715412 A公开了一种高电压锂电池正极材料镍钴锰酸锂的制备方法，是用液相蒸干法在已经制备好的三元材料上掺杂镁离子和锆离子。但是，镁离子掺杂得不均匀，且步骤较为复杂。

CN 105870402 A公开了一种金属梯度掺杂锂电池正极材料，主体是由镍、钴单一金属或镍与钴、镍与锰、钴与锰两种金属或镍、钴、锰三种金属的任一形式氧化物构成正极材粉体的活性单元，而修饰金属是不同于镍、钴、锰三者活性金属的元素，但修饰金属较集中于正极材料粉体的表面，并朝核心呈现连续递减，形成连续浓度梯度掺杂分布，且材料粉体中无界面与无分层。但是，该实验过程在制备得到内核的正极粉体后，还进一步需要进行沉淀及烧结等包覆手段，工艺步骤过于复杂。

发明内容