[發(fā)明專利]金屬摻雜二氧化鈰表面修飾鋰離子電池高鎳正極材料

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810539644.6
• 申請(qǐng)日: 2018-05-30
• 公開（公告）號(hào): CN108711615A
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊成浩;鄭鋒華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣州朝鋰新能源科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/48;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 趙蕊紅

本發(fā)明公開了一種金屬離子摻雜二氧化鈰(Ce_1?xN_xO₂，0≤x≤1)表面修飾鋰離子電池高鎳正極材料及其制備方法。該鋰離子電池高鎳材料的化學(xué)式為：LiNi_aCo_bM_1?a?bO₂(其中a、b為摩爾數(shù)，0.5≤a≤1，0≤b≤0.2，M為金屬離子Mn、Al和Fe中的一種或幾種，Ce_1?xN_xO₂為表面包覆層材料，0≤x≤1,N為金屬離子Sc,Ti,V,Y,Zr,Nb,La,Pr,Nd,Sm,Gd)本發(fā)明通過簡單的液相前驅(qū)體制備、表面修飾和高溫固相燒結(jié)反應(yīng)，制備出Ce_1?xN_xO₂表面修飾鋰離子電池高鎳材料。Ce_1?xN_xO₂表面包覆層具有很好的電荷傳導(dǎo)能力，有利于鋰離子的脫嵌。利用Ce_1?xN_xO₂表面修飾高鎳正極材料可有效提高高鎳正極材料的循環(huán)性能、倍率性能和安全性能，本發(fā)明制備方法的操作簡單、成本低、環(huán)境友好，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池電極材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金屬離子摻雜二氧化鈰(Ce_1-xN_xO₂，N為Sc,Ti,V,Y,Zr,Nb,La,Pr,Nd,Sm,Gd，0≤x≤1)表面修飾鋰離子電池高鎳正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著鋰離子電池技術(shù)的迅速發(fā)展，鋰離子電池作為動(dòng)力電池已經(jīng)應(yīng)用于新能源汽車領(lǐng)域，由于能源危機(jī)和環(huán)境污染等問題，許多國家制定了扶持新能源行業(yè)發(fā)展的政策，因此鋰離子電池面臨著前所未有的發(fā)展機(jī)遇。鋰離子電池高鎳正極材料由于其較高的能量密度、較低的成本、良好的循環(huán)穩(wěn)定性和安全性能逐漸成為研究的熱點(diǎn)，適合作為電動(dòng)車或混合電動(dòng)車的高能量電池正極材料。但是，高鎳正極材料在高電位下循環(huán)發(fā)生相變?cè)斐裳h(huán)穩(wěn)定性不好，電子導(dǎo)電率低和Li/Ni混排造成倍率性能差，表面大量鋰殘?jiān)麹i₂O或LiOH的存在容易與空氣中的CO₂和H₂O發(fā)生反應(yīng)生成Li₂CO₃和LiOH，造成高溫氣脹和循環(huán)性能下降，高脫鋰狀態(tài)下Ni⁴⁺的強(qiáng)氧化性趨于還原生成Ni³⁺而釋放O₂造成熱穩(wěn)定性不好，這些問題都是制約其大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵。

改善高鎳正極材料電化學(xué)性能的一個(gè)有效方法是對(duì)材料進(jìn)行表面修飾，表面修飾可以抑制材料在充放電過程中晶型的轉(zhuǎn)變和過渡金屬的溶解，改變材料表面化學(xué)特性從而提高其電化學(xué)性能，避免或者減少材料與電解液的直接接觸，減少電解液與正極材料的副反應(yīng)發(fā)生，同時(shí)包覆層作為導(dǎo)電介質(zhì)可以促進(jìn)顆粒表面的Li⁺擴(kuò)散，是改善循環(huán)性能、倍率性能和熱穩(wěn)定性的有效手段。近年來，有不少專利公開了氧化物、氟化物、磷酸鹽等表面修飾來改性高鎳正極材料的報(bào)道，NDC(Ce_1-xN_xO₂，N為Sc,Ti,V,Y,Zr,Nb,La,Pr,Nd,Sm,Gd，0≤x≤1)作為一種很好的電子導(dǎo)體材料，有利于鋰離子的脫嵌，但是利用金屬離子摻雜二氧化鈰對(duì)三元高鎳正極材料的表面修飾改性研究尚未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種金屬離子摻雜二氧化鈰(Ce_1-xN_xO₂，N為Sc,Ti,V,Y,Zr,Nb,La,Pr,Nd,Sm,Gd，0≤x≤1)表面修飾鋰離子電池高鎳正極材料及其制備方法，對(duì)已有的鋰離子電池正極材料的制備工藝進(jìn)行改進(jìn)，以改善鋰離子電池高鎳正極材料的循環(huán)性能、倍率性能和安全性能，提高材料的能量密度，適用于工業(yè)化應(yīng)用。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。