[發明專利]一種鑭鋯共摻雜的高鎳三元正極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011622770.1
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112803023B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 張震;范文俊;廖紀軍
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525;C01G53/00
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 齊鍵

本發明公開了一種鑭鋯共摻雜的高鎳三元正極材料及其制備方法和應用。本發明的高鎳三元正極材料為核殼結構，其由內向外依次包括鑭鋯共摻雜鈷鎳錳酸鋰和鎳鋰酸鑭包覆層；所述鑭鋯共摻雜鈷鎳錳酸鋰的化學式為Li(Ni_0.6Co_0.2Mn_0.2)_1?x?yLa_xZr_yO₂，其中，0x0.03，0y0.03。本發明的高鎳三元正極材料的制備方法包括以下步驟：1)進行鎳、鈷和錳的共沉淀，得到前驅體懸浮液；2)在前驅體懸浮液中制備碳酸鑭，得到碳酸鑭包覆的前驅體；3)對碳酸鑭包覆的前驅體進行鋰和鋯的摻雜。本發明的高鎳三元正極材料在高截止電壓下長周期循環性能優異、倍率性能優異，且制備簡單，適合大規模工業生產。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體涉及一種鑭鋯共摻雜的高鎳三元正極材料及其制備方法和應用。

背景技術

高鎳三元正極材料(LiNi_xCo_yMn_(1-x-y)O₂，x0.5)具有較高的能量密度和工作電壓以及較長的循環壽命，且對環境友好，目前已經廣泛應用在鋰離子動力電池領域。為了滿足動力電池的需求，三元正極材料中的鎳含量被不斷提高，這有利于獲得更高的能量密度以及降低成本(鈷有毒，且在地球上的儲量十分有限，價格比鎳貴)。然而，隨著三元正極材料中鎳的含量升高，也會帶來一系列問題：1)鋰鎳混排問題：Li⁺和Ni²⁺的離子半徑十分接近，容易出現鋰鎳混排而導致高鎳三元正極材料的電化學性能變差；2)高鎳三元正極材料表面殘留的鋰會與空氣中的二氧化碳和水發生反應生成碳酸鋰和氫氧化鋰，造成高溫氣脹導致高鎳三元正極材料的循環性能下降；3)在循環過程中電極和電解質之間的副反應會增加電池中的極化現象和界面電阻，并進一步損壞電極表面結構，導致電池性能變差；4)高鎳三元正極材料在高截止電壓下結構易退化，充放電過程中容易發生相變。

目前，常通過金屬離子和非金屬離子對三元正極材料進行摻雜來提高三元正極材料的循環穩定性和結構穩定性，但實際效果大多比較一般，并不能很好地解決三元正極材料中鎳含量提高所引起的諸多問題。

因此，亟需開發一種高倍率、長周期循環性能的高鎳三元正極材料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鑭鋯共摻雜的高鎳三元正極材料及其制備方法和應用。

本發明所采取的技術方案是：

一種鑭鋯共摻雜的高鎳三元正極材料，其為核殼結構，由內向外依次包括鑭鋯共摻雜鈷鎳錳酸鋰和鎳鋰酸鑭包覆層；所述鑭鋯共摻雜鈷鎳錳酸鋰的化學式為Li(Ni_0.6Co_0.2Mn_0.2)_1-x-yLa_xZr_yO₂，其中，0x0.03，0y0.03。

優選的，所述鎳鋰酸鑭的化學式為La₂Ni_0.5Li_0.5O₄。

上述鑭鋯共摻雜的高鎳三元正極材料的制備方法包括以下步驟：

1)將鎳源、鈷源和錳源溶于水，再加入沉淀劑，進行混合，得到前驅體懸浮液；

2)將鑭源和碳酸鹽溶于水，再加入前驅體懸浮液中，進行混合，再進行分離、純化和干燥，得到碳酸鑭包覆的前驅體；

3)將碳酸鑭包覆的前驅體、鋰源和鋯源混合進行研磨，再進行預燒和燒結，即得鑭鋯共摻雜的高鎳三元正極材料。

優選的，上述鑭鋯共摻雜的高鎳三元正極材料的制備方法包括以下步驟：