[發明專利]一種多重改性的富鎳三元材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201911421627.3
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111029556B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 王波;李文;王秋君;孫會蘭;張迪
• 申請（專利權）人: 河北科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/60;H01M10/0525
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所 13120
• 代理人: 陳曉彥

本發明屬于電池材料技術領域，具體涉及一種多重改性的富鎳三元材料及其制備方法和應用。本發明采用體相摻雜、表面包覆多重改性的方法，主要是通過鐵、鑭雙離子共摻雜改性來穩定NCM622材料的結構，提高材料的離子電導率，減輕NCM622型三元材料在循環過程中的陽離子混排現象，通過包覆導電聚合物改性減輕電解液生成的HF對電極材料的侵蝕，抑制界面產生的副反應，形成最佳的固體電解質界面膜，從而提高材料的循環性能和倍率性能。

技術領域

本發明屬于電池材料技術領域，具體涉及一種多重改性的富鎳三元材料及其制備方法和應用。

背景技術

鋰離子電池三元材料由于其對高電壓耐受性良好、比容量高以及鈷含量少等優勢，是可用于電子產品中的良好的正極材料。三元材料鎳鈷錳酸鋰Li(Ni_xCo_yMn_1-x-y)O₂以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料，相對于鈷酸鋰電池安全性高。其中正極三元材料LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.12O₂(NCM622)鋰離子動力電池具有能量密度高、倍率性能良好、循環性優異能、價格低廉、壽命長、能耗低、無公害、無記憶效應以及自放電小、內阻小、污染少等優點，可廣泛應用于電動汽車、移動電話、筆記本電腦、攝像機、數碼相機、電動汽車、儲能、航天等領域。然而，NCM622型三元材料在充放電循環的過程中很容易發生結構崩塌現象，導致循環性能及倍率性能降低，阻礙了其商業化發展的進程。

體相摻雜是公認的一種加強材料結構的穩定性、改善材料電化學性能的途徑，但可能導致電極材料的循環性能不足、大倍率下性能較差的問題，仍會存在結構坍塌現象。

表面包覆可以改善正極材料的電化學性能，可以避免材料中的活性物質和電解液直接接觸，減少電解液對電極材料的侵蝕，提高材料的壽命和循環穩定性，且不影響鋰離子的正常嵌入和脫出，卻降低了材料的離子電導率和比容量。并且傳統的包覆方法效果不佳，包覆層與本體的結合能力不強，或材料內部結構和外部表征都不均勻，不僅使材料的性能下降，而且很難在其表面進行包覆改性。

發明內容

針對目前NCM622型正極材料很容易結構崩塌、傳統的體相摻雜和包覆效果不佳的問題，本發明提供一種多重改性的富鎳三元材料的制備方法。

以及，本發明還提供一種多重改性的富鎳三元材料。

以及，本發明還提供上述多重改性的富鎳三元材料在光催化產氫中的應用。

為達到上述發明目的，本發明實施例采用了如下技術方案：

一種多重改性的富鎳三元材料的制備方法，以NCM622型富鎳三元材料為基體，先原位摻雜鐵元素和鑭元素，再以糖為螯合劑在材料表面包覆導電聚合物涂層。

本制備方法首先原位合成鐵(Fe)鑭(La)共摻雜的NCM622材料，Fe、La陽離子同時存在既可以用Fe³⁺摻雜來減少Li⁺/Ni²⁺的混排，又可以使La³⁺起到支柱效應而擴大三元材料的層間距，增加Li⁺擴散效率，提高材料的容量和循環性能。隨后糖類和導電聚合物形成的包覆層不僅抑制了電解液生成的HF對鐵鑭共摻雜NCM622材料的腐蝕，還提高了所得富鎳三元材料的循環性能和倍率性能。本發明中以摻雜和包覆相結合，既能提高所得富鎳三元材料的放電比容量，又能提高其循環穩定性和倍率性能。

優選地，該制備方法具體包括以下步驟：