[發(fā)明專利]釔摻雜的鎳鈷鋁鋰離子電池正極材料及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710891923.4
• 申請(qǐng)日: 2017-09-27
• 公開（公告）號(hào): CN107799738A
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許開華;王家良;張?jiān)坪?/a>;樂緒清
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 荊門市格林美新材料有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/485;H01M4/525;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 深圳市合道英聯(lián)專利事務(wù)所(普通合伙)44309
• 代理人: 廉紅果,侯峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池正極材料制備方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及釔摻雜的鎳鈷鋁鋰離子電池正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鎳鈷鋁三元鋰離子電池正極材料由于具有較高的能量密度以及相對(duì)較簡(jiǎn)單的制備工藝被廣泛應(yīng)用于IT產(chǎn)品以及新能源汽車領(lǐng)域。但單純的鎳鈷鋁酸鋰由于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性欠佳，在充放電過(guò)程中很容易由于Li離子的脫嵌以及Ni、Co、Al離子價(jià)態(tài)的變化造成材料結(jié)構(gòu)的塌陷，對(duì)材料的循環(huán)壽命及安全性造成極大的危害。為了解決上述問題，采用摻入適量Y離子的方式對(duì)其進(jìn)行改善，由于Y³⁺與Ni³⁺的價(jià)態(tài)相同，摻入的Y³⁺占據(jù)了Ni³⁺位；在充電過(guò)程中，Ni離子會(huì)發(fā)生Ni³⁺到Ni⁴⁺的轉(zhuǎn)變，并伴隨體積的收縮，如果充電電壓過(guò)高、充電深度過(guò)大，材料的體積收縮將不可逆轉(zhuǎn)，并最終失去電化學(xué)活性，而Y³⁺沒有變價(jià)，是電化學(xué)惰性的，在充放電時(shí)不發(fā)生價(jià)態(tài)的變化，因而也不發(fā)生體積的變化，可以起到骨架的作用，穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu)，提高材料的循環(huán)壽命及安全性能。

Y離子的摻入對(duì)材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性具有顯著的改善作用，但同時(shí)由于摻入的都是非電化學(xué)活性的物質(zhì)，相應(yīng)對(duì)材料的放電比容量造成一定的影響，如果摻入量過(guò)高，放電容量將會(huì)顯著降低，如果摻入量不足，則材料的電導(dǎo)率得不到有效的改善，因此，摻雜元素與主元素的均勻混合是實(shí)現(xiàn)放電比容量與電導(dǎo)率達(dá)到平衡的重要因素。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種釔摻雜的鎳鈷鋁鋰離子電池正極材料。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述釔摻雜的鎳鈷鋁鋰離子電池正極材料的制備方法，通過(guò)將納米級(jí)別的摻雜元素首先與鎳鈷鋁單晶復(fù)合前驅(qū)體預(yù)先超高速混合，再與其它普通鎳鈷鋁復(fù)合前驅(qū)體高速混合，解決了摻雜元素與主元素混合不均勻的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種釔摻雜的鎳鈷鋁鋰離子電池正極材料，分子式為L(zhǎng)i_aNi_xCo_yAl_zY_bO₂，其中，b為4/3-a/3-x-y-z，1≤a≤1.2，0.3≤x≤0.98，0.01≤y≤0.6， 0.001≤z≤0.1，0.00001≤b≤0.05。

上述釔摻雜的鎳鈷鋁鋰離子電池正極材料的制備方法，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1，分別稱取鎳鈷鋁多晶復(fù)合前驅(qū)體、鎳鈷鋁單晶復(fù)合前驅(qū)體、釔的化合物以及鋰源；

步驟2，將所述步驟1稱取的鎳鈷鋁單晶復(fù)合前驅(qū)體和釔的化合物進(jìn)行超高速混合，獲得第一混合物；

步驟3，將所述步驟2的第一混合物與稱取的鎳鈷鋁多晶復(fù)合前驅(qū)體和鋰源進(jìn)行高速混合，獲得第二混合物；

步驟4，將所述步驟3的第二混合物進(jìn)行焙燒，獲得釔摻雜的鎳鈷鋁鋰離子電池正極材料。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

所述釔的化合物為納米級(jí)別，其摻入量為鎳鈷鋁多晶復(fù)合前驅(qū)體以及鎳鈷鋁單晶復(fù)合前驅(qū)體中Ni、Co、Al總摩爾量的0.001-5％。

所述納米級(jí)別的釔的化合物為Y₂O₃或者Y(OH)₃。

所述鎳鈷鋁多晶復(fù)合前驅(qū)體和鎳鈷鋁單晶復(fù)合前驅(qū)體均為鎳、鈷、鋁的復(fù)合氫氧化物或復(fù)合氧化物或復(fù)合羥基氧化物中的一種或者幾種。

所述鎳鈷鋁多晶復(fù)合前驅(qū)體和鎳鈷鋁單晶復(fù)合前驅(qū)體中鎳、鈷、鋁的摩爾比均為0.3-0.98:0.001-0.6:0.001-0.05。

所述鎳鈷鋁多晶復(fù)合前驅(qū)體與鎳鈷鋁單晶復(fù)合前驅(qū)體的質(zhì)量比為 2-20:1。

所述鋰源為碳酸鋰或氫氧化鋰，其摻入的摩爾量與鎳鈷鋁摩爾量之和的比為0.9-1.2:1。

所述超高速和高速混合均采用三元材料高速混料器，超高速混合轉(zhuǎn)速為 5500-20000r/min，高速混合轉(zhuǎn)速為500-10000r/min。

所述第二混合物在瓷舟中進(jìn)行焙燒，焙燒溫度為600-1200℃，時(shí)間為 6-36h。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明先將鎳鈷鋁單晶復(fù)合前驅(qū)體和納米級(jí)釔的化合物進(jìn)行超高速混合，再將鎳鈷鋁單晶前驅(qū)體和釔化合物的混合料與普通鎳鈷鋁前驅(qū)體高速混合，提高混合效果，因?yàn)閱尉?fù)合前驅(qū)體機(jī)械強(qiáng)度高，超高速混合時(shí)不會(huì)破碎，同時(shí)單晶復(fù)合前驅(qū)體可以起到碰撞介質(zhì)的作用，將納米級(jí)釔的化合物充分打散，使摻雜元素和主元素充分混合。