[发明专利]一种镍钴锰正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于电池材料技术领域，具体公开了一种镍钴锰正极材料及其制备方法。本发明公开的正极材料的化学式为LiNi_xCo_yMn_zTa_pSn_qB_iO₂，其中x、y、z、p、q、i为摩尔数，0.8≤x1，0y≤0.1，0z≤0.1，0p≤0.05，0q≤0.05，0i≤0.05，x+y+z=1；且正极材料的表面有Li₃BO₃包覆层。本发明通过两步共沉淀法，使材料内部掺杂锡元素，外部掺杂钽和硼掺杂元素，表面具有硼酸锂包覆层，有利于正极材料承受锂离子脱嵌过程引起的膨胀收缩应力，抑制材料在充放电过程中材料结构衰减，增加电池的循环性和电化学性能，制备方法简单、生产成本低。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，具体涉及一种镍钴锰正极材料及其制备方法。

背景技术

在过去的十多年里，可再生能源与电动汽车快速发展，众多学者对锂离子电池进行了广泛的研究，但在满足新应用的高要求方面，锂离子电池仍然面临着巨大的挑战，例如大规模电池的能量密度、成本和安全问题。开发新型电池材料和优化现有电池材料是提高锂离子电池性能和进一步扩展其应用的两条主要途径。

高镍层状正极材料因其具有较高的放电容量和能量密度，受到了人们的广泛关注。但由于材料的结构不稳定，充电过程中会产生H1→M→H2→H3的连续相变，尤其是H2→H3相变产生较大的应力，造成材料结构衰减，使其循环稳定性差。该缺点限制了高镍材料的进一步应用。

一般来说锂离子电池的镍钴锰正极材料的合成工艺过程主要由两部分构成：先合成氢氧化物前驱体；再将氢氧化物前驱体与锂盐进行混匀烧结，得到锂离子电池氧化物正极材料。由于正极材料能延续氢氧化物前驱体的形貌和结构特点，通过对前驱体的结构、制备工艺进行优化能有效提高正极材料的性能，所以，前驱体的结构、制备工艺对正极材料的性能有着至关重要的影响。

针对高镍层状正极材料的循环稳定性较差等问题，从前驱体开始设计并提供一种制备工艺简单的镍钴锰正极材料及其制备方法很有必要。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的提供一种钽、锡、硼掺杂的镍钴锰正极材料及其制备方法。本发明所述的制备方法工艺简单，社会效益突出，适合推广应用。

本发明首先提供一种钽、锡、硼掺杂的镍钴锰正极材料，其化学式为LiNi_xCo_yMn_zTa_pSn_qB_iO₂，其中x、y、z、p、q、i为摩尔数，0.8≤x1，0y≤0.1，0z≤0.1，0p≤0.05，0q≤0.05，0i≤0.05，x+y+z=1；且所述镍钴锰正极材料的表面具有Li₃BO₃包覆层。

基于同样的发明构思，本发明提供上述镍钴锰正极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将镍钴锰金属盐溶液置于反应釜内，加入碱溶液和络合剂溶液，调节反应体系的pH值；

（2）将SnO₂与乙醇混合均匀，得到Sn掺杂浆料；在步骤（1）的基础上，在反应釜内加入Sn掺杂浆料，进行阶段Ⅰ的共沉淀反应；

（3）将Ta₂O₅与乙醇混合均匀，得到Ta掺杂浆料；阶段Ⅰ的共沉淀反应完成后，将Ta掺杂浆料通入反应釜，搅拌，进行阶段Ⅱ的共沉淀反应；

（4）阶段Ⅱ的共沉淀反应结束后，过滤反应浆料，对过滤得到的固相进行洗涤、烘干、过筛、除磁处理，得到Sn、Ta掺杂的正极材料前驱体；