[发明专利]钠离子梯度掺杂的尖晶石结构正极活性材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钠离子梯度掺杂的尖晶石结构正极活性材料及其制备方法，钠离子梯度掺杂的尖晶石结构正极活性材料包含化学式为Li_1+xNa_yNi_0.5‑zMn_1.5‑rO_u的含锂化合物颗粒，其中‑0.2≤x≤0.2，‑0.2≤y≤0.2，‑0.2≤z≤0.2，‑0.2≤r≤0.2，3.8≤u≤4.2，所述含锂化合物颗粒掺杂有钠离子，且钠离子的浓度由表面向内部逐渐递减，所述钠离子的掺杂前驱体为含有‑COONa的有机钠盐。本发明利用有机钠盐在水溶液中的增稠，粘结，分散和稳定的效果，能够显著提升尖晶石镍锰酸锂正极材料的电化学性能，优化并改善电池整体性能，对于尖晶石正极材料的应用和发展具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种钠离子梯度掺杂的尖晶石结构正极活性材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子二次电池与其它的可充电的电池体系相比，具有工作电压高、重量轻、体积小、无记忆效应、自放电率低、循环寿命长、能量密度高等优点，目前已广泛应用于手机、笔记本电脑、平板电脑等移动终端产品。近年来，出于对环境保护方面的考虑，电动汽车在各国政府和汽车制造商的推动下得到了迅速的发展，而锂离子二次电池凭借其优良的性能成为新一代电动汽车的理想动力源。

目前，人们关注的锂离子二次电池的正极材料大致可分为三类：以钴酸锂(LiCoO₂)为代表的层状型材料，以磷酸铁锂(LiFePO₄)为代表的橄榄石型材料和以锰酸锂(LiMn₂O₄)为代表的尖晶石结构材料。

尽管锂电池早在1991年就已经成功的商业化，但是对于目前现有的材料，其能量密度还需要进一步提高。尖晶石结构的高压材料，作为一种先进的正极材料，被认为是最有可能成为下一代高性能锂电池的正极材料。对于高压尖晶石正极材料来说，在循环过程中，由于传统的碳酸酯类电解液与正极材料相互作用，使正极材料表面丢氧，材料表面发生溶解，最终导致活性物质减少。

为了提升正极材料的循环稳定性，研究者多采用离子掺杂、表面包覆和结构调控等办法来改善材料的性能。其中，离子掺杂主要是将不具有电化学活性的离子掺杂到材料的晶体结构中，稳定晶格结构，从而抑制材料在充放电循环过程中的结构改变，从而起到提升材料循环稳定性的作用，表面包覆的主要目的是为了隔绝活性物质与电解液的直接接触，从而抑制不良副反应的发生，进而抑制材料表面结构的衰退和活性金属离子的溶解，而且表面包覆层还能够在一定程度上抑制充放电过程中材料晶格参数的改变，从而提升材料的电化学性能。表面包覆层主要包括氧化物、磷酸盐以及活性电极材料等。但是表面包覆工序相对复杂，成本提升，并且湿法包覆会不可避免的与材料发生不良副反应。结构调控的主要指设计合成具有核壳结构或浓度梯度结构的材料。该材料改进方法能够在一定程度上提升材料的循环稳定性，但是由于合成工艺复杂且条件苛刻，不利于大规模工业化生产。

发明内容

针对上述的不足，本发明目的之一在于，提供一种能够显著提升电化学性能的钠离子梯度掺杂的尖晶石结构正极活性材料。

本发明目的之二在于，提供一种上述钠离子梯度掺杂的尖晶石结构正极活性材料。

本发明目的之三在于，提供一种上述上述钠离子梯度掺杂的尖晶石结构正极活性材料的应用。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：