[发明专利]一种铈铋复合氧化物掺杂锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铈铋复合氧化物掺杂锂离子电池正极材料，所述锂离子电池正极材料中掺杂有铈铋复合氧化物，其中，铈铋复合氧化物中铈和铋的摩尔比为(1.5‑9):1。其制备方法：(1)将铈源和铋源按摩尔比混合后溶解于硝酸溶液中，然后加入氢氧化钠溶液进行溶剂热反应，反应完成后过滤、干燥，得到铈铋复合氧化物；(2)按照化学元素计量比，将步骤(1)得到的铈铋复合氧化物、正极材料前驱体、锂盐混合，置于氧气气氛炉中烧结；(3)将步骤(2)后的烧结产物洗涤、干燥后，进行二次烧结，得铈铋复合氧化物掺杂的锂离子电池正极材料。本发明采用铈铋复合氧化物掺杂锂离子电池三元正极材料，可以改善正极材料的倍率特性和循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子正极材料领域，尤其涉及一种铈铋复合氧化物掺杂锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池可用于3C产品、电动工具、新能源汽车等领域，近期伴随着新能源汽车的飞速发展，锂离子电池的需求量也急剧增加。为了解决市场对高能量密度、成本低廉、高性价比电池的需求，高镍正极材料被推上了研究前沿。

目前市场上提升材料的能量密度的主要思路分为两大类，第一种是提高使用电压，主要是针对钴酸锂类产品，另外一种是提高材料中的Ni元素含量。目前市场上受制于Co资源的稀缺以及高价格，更多市场研究转向了高Ni材料，既可以减少Co的使用，也可降低成本。Ni含量的提升通常都会产生残锂偏高现象，影响材料制备涂布环节，通常需要进行水洗以除去表面残锂，而水洗又会破坏正极活性材料的表面结构，增大比表面积，循环性能不佳，所以通常会对材料进行改性处理包括掺杂或包覆。包覆通常需要采用第二次烧结，第二次烧结温度基本会比第一次烧结的温度低，导致有些元素在包覆过程难以在较低的温度下对材料表面进行有效的包覆并达到需要的效果，另一方面材料改性过程中使用的添加成分如果为非导电成分，在使用过程中会影响材料的离子或电子电导率，进而直接影响材料的倍率特性，由于倍率特性决定材料使用过程中的充放电速度，关注材料的倍率特性改善对正极材料具有使用意义。

此外，高镍正极材料在充放电的过程中伴随着Li⁺的脱嵌过程，晶体结构会发生变化，从层状结构转变为尖晶石相以及氧化镍相，同时释放氧气，释放的氧气进一步会与电解液反应在电极材料表面形成过厚的SEI膜，这一过程中在消耗电解液的同时也会阻碍锂离子的迁移，影响电池的循环性能，所以阻止循环过程中氧向电解液扩散可以有助于改善材料的循环寿命。因此，在对高镍材料进行改性的过程中，如何同时改善材料的倍率性能以及循环性能成为如今亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种铈铋复合氧化物掺杂锂离子电池正极材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种铈铋复合氧化物掺杂锂离子电池正极材料，所述锂离子电池正极材料中掺杂有铈铋复合氧化物，其中，铈铋复合氧化物中铈和铋的摩尔比为(1.5-9):1。

上述的铈铋复合氧化物掺杂锂离子电池正极材料，优选的，所述锂离子电池正极材料为一次颗粒构成的类球形二次颗粒结构，所述二次颗粒的粒径D50为2-25μm。

上述的铈铋复合氧化物掺杂锂离子电池正极材料，优选的，所述锂离子电池正极材料的分子式为Li_aNi_bCo_cM_d(Ce_xBi_1-x)_e O₂，其中，M为Mn、Al、Zr、P、Ti和Mg中的至少一种，且a、b、c、d、e的取值满足以下要求：0.9≤a≤1.2，0.7≤b＜1，0＜c≤0.2，0＜d≤0.1，0.0001≤e≤0.01，0＜x＜1。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的铈铋复合氧化物掺杂锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：