[发明专利]一种Sc掺杂改性的高镍三元正极材料

说明书

本发明涉及一种Sc掺杂改性的高镍三元正极材料，属于化学储能电池领域。所述材料通过将镍钴锰氢氧化物前驱体、钪源和LiOH·H₂O的混合物研磨混合均匀，得到固体粉末，然后将固体粉末在氧气氛围下进行煅烧，冷却后得到。高镍三元正极材料经Sc掺杂改性后，层状结构稳定，锂离子和电子的迁移速率提高，电池容量也有所提升，并且具有优异电化学活性、倍率性能和循环稳定性。所述方法操作简单，工艺及技术容易实现产业化。

技术领域

本发明涉及一种Sc掺杂改性的高镍三元正极材料，属于化学储能电池领域。

背景技术

在目前众多的锂离子电池正极材料中，高镍三元材料因为其能量密度高、成本低、安全性较好，受到广泛关注，其是a-NaFeO₂型层状结构，属于R-3m空间群，结合了LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiCoO₂三者的优点，Ni元素的引入使材料能量密度更高，Co的引入减少阳离子混合占位，增强了材料层状结构的稳定性，Mn的引入增强材料的稳定性，且降低了材料的成本。但同时，随着Ni²⁺含量的增大，电池循环稳定性却快速下降，在高截止电压下、高温等条件下，材料会出现相变、放气、结构破坏严重等问题，这些缺点在很大程度上阻碍了锂离子电池的发展。

为解决高镍三元正极材料目前存在的许多问题、以及为满足电动车长续航里程的要求，众多科研工作者尝试了许多改善方法，比如材料的包覆、改性、前驱体制备工艺的改善，来提升材料的循环性能、倍率性能、安全性能。目前主要的掺杂元素有Al³⁺、Mg²⁺、Zr⁴⁺等，包覆主要有碳包覆和金属氧化物包覆。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种Sc掺杂改性的高镍三元正极材料，通过在高镍三元正极材料的前驱体与锂盐进行混合的同时进行Sc掺杂的，从而实现Sc在高镍三元正极材料表层和体相的掺杂。通过改性明显有效的改善了材料的循环性能和倍率性能。所述方法简单易操作、可产业化。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种Sc掺杂改性的高镍三元正极材料，所述材料通过以下方法制备得到：

步骤(1)：将LiOH·H₂O加入研钵中干磨3-5min，再加入镍钴锰氧化物前驱体和钪源混合均匀，干磨10-30min，再加入乙醇淹没镍钴锰氧化物前驱体和钪源的混合物，湿磨30-40min，以便更均匀的混合，得到固体粉末；

步骤(2)：将固体粉末在氧气氛围下进行煅烧，首先在455℃-550℃下预煅烧4-6个小时，再升温至700℃-850℃下保温煅烧12-18个小时，预煅烧阶段和煅烧阶段升温速率分别独立为3-5℃/min，冷却后得到一种Sc掺杂改性的高镍三元正极材料；

其中，镍钴锰氢氧化物前驱体中镍、钴、锰的摩尔比为x：y：(1-x-y)，0.6<x<1，0<y<1，0<1-x-y<1；

镍钴锰氢氧化物前驱体和钪源的摩尔比为1：0.0025-0.007。

优选的，步骤(1)中所述钪源为硝酸钪或氧化钪。

优选的，步骤(1)中所述镍钴锰氢氧化物前驱体为Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1(OH)₂。

优选的，步骤(1)中镍钴锰氢氧化物前驱体和钪源中钪的摩尔比为1：0.005。

优选的，步骤(1)中所述镍钴锰氢氧化物前驱体与LiOH·H₂O的摩尔比为1：1.05。

优选的，步骤(2)中煅烧在管式炉中进行。