[發明專利]一種鈮摻雜鋰離子電池正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010429466.9
• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111584872B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 朱永明;高鵬;賁留斌;黃學杰;劉中柱
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）;中國科學院物理研究所;中信金屬股份有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉瀟

本發明屬于鋰離子電池電極材料技術領域，特別涉及一種鈮摻雜鋰離子電池正極材料及其制備方法。本發明提供的鈮摻雜鋰離子電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：將鋰離子電池正極材料的共沉淀前驅體、磷酸氧鈮和含鋰化合物混合，得到固相混合物；所述鋰離子電池正極材料包括鎳基二元正極材料或鎳基三元正極材料；將所述固相混合物在高壓氧氣中進行煅燒，得到鈮摻雜鋰離子電池正極材料；所述高壓氧氣的壓強為20～100atm。本發明提供的鈮摻雜物質磷酸氧鈮及其在超高壓氧氣氣氛中的摻雜方法，可使Nb⁵⁺滲透到二元或三元鋰電正極材料晶格中實現充分摻雜，所制備的鋰離子電池具有優異的充放電循環容量保持率。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池電極材料技術領域，特別涉及一種鈮摻雜鋰離子電池正極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池因其能量密度高、環境污染小等優點得到了廣泛應用，尤其是車用動力電池近年來發展迅速。鎳鈷錳三元材料(NCM材料)因具有較高的比能量而日益受到關注，但其電極材料結構劣化導致的電化學性能下降及熱穩定性差等問題仍然比較嚴重。現有技術主要通過摻雜、包覆、改變材料微觀形態等手段來解決這些問題。尤其是通過摻雜引入其它元素，可以彌補已有材料的部分缺陷，起到穩定材料結構的作用。

已知將鈮引入鎳鈷錳三元材料可以提高正極材料穩定性、擴展Li⁺嵌入/脫出通道及降低陽離子混排程度，從而提高材料性能。目前已經有一些關于鈮摻雜的報道，主要是使用五氧化二鈮作為摻雜原料與前驅體混合，在常壓下煅燒進行摻雜改性，但改性效果欠佳。如中國專利CN107565122A中鈮摻雜NCM材料在循環80次后容量保持率為92.3％；中國專利CN107910549A中鈮摻雜LiNi_0.8Co_0.2O₂正極材料在循環100次后容量保持率為86.3％；中國專利CN108199027A中鈮摻雜LiNi_0.7Mn_0.3O₂正極材料循環50次后容量從約170mAh/g降到約155mAh/g，保持率為91.2％。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種鈮摻雜鋰離子電池正極材料及其制備方法，由本發明提供的制備方法得到的鈮摻雜鋰離子電池正極材料，具有良好的結構穩定性和循環性能，電化學性能優異。

為了實現上述發明的目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種鈮摻雜鋰離子電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：

將鋰離子電池正極材料的共沉淀前驅體、磷酸氧鈮和含鋰化合物混合，得到固相混合物；所述鋰離子電池正極材料包括鎳基二元正極材料或鎳基三元正極材料；

將所述固相混合物在高壓氧氣中進行煅燒，得到鈮摻雜鋰離子電池正極材料；

所述高壓氧氣的壓強為20～100atm。

優選的，所述共沉淀前驅體、磷酸氧鈮和含鋰化合物的粒徑獨立地為10～20μm。

優選的，所述共沉淀前驅體與磷酸氧鈮的物質的量比為1：(0.005～0.05)。

優選的，所述共沉淀前驅體為Ni_xM_1-x(OH)₂、Ni_xM_1-xCO₃、Ni_yCo_zA_1-y-z(OH)₂或Ni_yCo_zA_1-y-zCO₃；

M＝Co、Mn或Mg，0.05≤x≤0.95；

A＝Mn、Mg或Al，0.05≤y≤0.95，0.05≤z≤0.95，y+z1。