[发明专利]一种双金属元素共掺杂的正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种包覆掺杂的镍钴锰三元材料，其由镍钴锰三元材料前驱体通过含钕化合物和含钨化合物共掺杂形成，并且对掺杂的镍钴锰三元材料进行包覆改性。得到的三元材料倍率性能、低温性能和循环性得到了很好的改善，降低了原料成本，提高镍钴锰三元材料的电学性能，并且制备方法简单，成本低廉，利于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种包覆掺杂的三元正极材料及其制备方法，特别是包覆双金属元素共掺杂的正极材料及其制备方法，属于锂离子电池正极材料领域。

背景技术

锂离子电池是新能源汽车的最普遍的电能储能装置，也是电网储能应用的重要方向。随着电子产品、新能源汽车和储能应用等产业的高速发展，市场对锂离子电池的能量密度、循环性能、成本降低提出了更高的要求。对于镍含量在0.5～0.6之间的中镍低钴含量的镍钴锰三元正极材料，由于减少了钴元素的使用量，降低了原料成本。另外，在制造过程不必要使用高成本的氢氧化锂和氧气气氛，从而不需要进行湿法改性，表面残余锂较低，对加工环境的耐受力较强，又进一步降低了制造成本。中镍正极材料也具有更好的安全性能，在电池成组时，在热管理方面投入的成本更低，电池组总体成本更低。

在新能源汽车使用端中，使用中镍正极材料的电池循环过程中的副反应程度降低，使得电池的循环性能更好，退役电池的梯次利用性也更好，相对残值更高，单位能量成本相较于高镍材料更加低廉。

现阶段的中镍低钴三元材料，减少钴元素比例以降低成本是必由之路，但是随着钴元素含量的降低，材料的倍率性能和循环性能都有较大的衰减。

基于上述问题，在尽可能的降低材料的成本的同时，保障材料的倍率性能和循环性能，以满足新能源汽车中储能应用，提高中镍三元材料的性能是行业关注的方向。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究发现：先利用钕化合物和钨化合物对镍钴锰三元材料前驱体进行掺杂，再使用金属氧化物进行包覆改性，可以达到良好的倍率性能、低温性能和循环性能，减少钴的使用量，降低生产成本，从而完成本发明。

本发明的目的之一在于提供一种掺杂的镍钴锰三元材料，其由镍钴锰三元材料前驱体通过含钕化合物和含钨化合物共掺杂形成。

所述镍钴锰三元材料前驱体由式Ni_xCo_yMn_1-x-y(OH)₂进行表示，其中，0.50≤x≤0.67，0y≤0.10。

所述掺杂的镍钴锰三元材料由式Li_aNi_xCo_yMn_1-x-y-b-cNd_bW_cO₂进行表示，其中，0.98≤a≤1.10，0.50≤x≤0.67，0y≤0.10，b+c≤0.02。

优选地，所述掺杂的镍钴锰三元材料还通过金属氧化物进行包覆改性。

本发明的目的还在于提供一种包覆掺杂的镍钴锰三元材料，所述包覆掺杂的镍钴锰三元材料由镍钴锰三元材料前驱体先通过含钕化合物和含钨化合物进行共掺杂改性，然后再进行金属氧化物包覆改性得到。

所述金属氧化物为氧化锆、氧化铝或氧化钛，优选为氧化铝或氧化钛，更优选为氧化钛。

所述包覆掺杂的镍钴锰三元材料由以下方法制备得到：

步骤1、将锂源、镍钴锰三元材料前驱体、钕化合物和钨化合物混合均匀，形成混合料Ⅰ；

步骤2、一次烧结混合料Ⅰ，得到掺杂的镍钴锰三元材料；

步骤3、将掺杂的镍钴锰三元材料与金属氧化物混合，得到混合料Ⅱ；

步骤4、二次烧结混合料Ⅱ，得到包覆改性掺杂的镍钴锰三元材料。