[发明专利]一种钽改性高镍正极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一种钽改性高镍正极材料及其制备方法与应用。该材料中，钽元素掺杂在高镍正极材料表面，钽元素的掺杂质量为0.1‑2％。制备时将五氧化二钽、高镍正极材料的前驱体和氢氧化锂混合后，再高温煅烧得到所述钽改性高镍正极材料。本发明中Ta掺杂可以稳定本体材料的层状结构，拓宽锂离子传输通道，进一步提高高镍材料的电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种钽改性高镍正极材料及其制备方法与应用，属于化学储能电池领域。

背景技术

目前，锂离子电池(LIB)已成功应用于电动车与混合电动车，缓解了化石燃料短缺问题，还大大减少了温室气体的排放。锂离子正极材料是影响锂离子电池性能的关键因素，其中市面上最常用的锂离子电池(LIB)正极材料为镍钴锰三元正极材料LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂(0x1，0y1)，0x+y1)。镍钴锰三元正极材料LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂(0x1，0y1，0x+y1)随着Ni含量的增加，虽然放电比容量增加，但是同时易发生锂镍混排，Li⁺如果占据了Ni²⁺的位置会由于无法脱嵌而成为“死锂”，而Ni²⁺占据Li⁺位会妨碍Li⁺的迁移，使材料电化学性能迅速下降；此外，镍含量增高也会使材料的热稳定性以及结构稳定性变差。

为解决高镍正极材料目前存在的诸多问题，众多科研工作者尝试了许多方法，目前较常用的是对材料进行包覆、掺杂处理，主要的包覆物为磷酸盐包覆和金属氧化物包覆等，掺杂元素主要有Al³⁺、Mg²⁺、Zr⁴⁺等。

发明内容

本发明提供一种钽改性高镍正极材料，其中钽元素掺杂在所述高镍正极材料表面，钽元素的掺杂质量为0.1-2％，例如0.5-1.5％。

根据本发明的实施方案，所述高镍正极材料中，锂、镍、钴元素的摩尔比可以为1:(0.85-0.95):(0.05-0.15)，例如1:(0.88-0.93):(0.07-0.12)，示例性地，摩尔比可以为1:0.9:0.1。

根据本发明的实施方案，所述钽元素以离子形式存在于所述高镍正极材料表面。

根据本发明的实施方案，所述钽改性高镍正极材料的二次颗粒为球形或类球形分布。进一步地，所述改性高镍正极材料的粒径可以为6-20μm，例如6-13μm。

根据本发明的实施方案，所述钽改性高镍正极材料具有α-NaFeO2结构，属于空间群。

根据本发明的实施方案，所述钽改性高镍三元正极材料的制备原料包括：高镍正极材料的前驱体、氢氧化锂和五氧化二钽。其中，所述高镍正极材料的前驱体为Ni_xCo_1-x(OH)₂，其中x≥0.6，例如x≥0.7；示例性地，所述高镍正极材料的前驱体为Ni_0.9Co_0.1(OH)₂。其中，所述高镍正极材料的前驱体和氢氧化锂的摩尔比为1:(1-1.1)，例如1:(1.01-1.07)，示例性地，摩尔比为1:1.02。其中，所述五氧化二钽的质量为所述高镍正极材料的前驱体质量的0.2-3％，例如1-2％，示例性地，为0.3％、0.7％、1％、2％。

进一步地，本发明还提供上述钽改性高镍正极材料的制备方法，所述方法包括：将五氧化二钽、高镍正极材料的前驱体和氢氧化锂混合后，再高温煅烧得到所述钽改性高镍正极材料。

根据本发明的实施方案，所述方法包括如下步骤：

(1)先将氢氧化锂用酒精研磨成粉末，再加入五氧化二钽和高镍正极材料的前驱体研磨至酒精蒸干，得到固体粉末；