[發明專利]一種鉀離子摻雜的碳包覆富鋰三元正極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011626103.0
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112786875B
• 公開（公告）日: 2023-02-14
• 發明（設計）人: 張震;廖紀軍;范文俊
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M4/131;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

本發明公開了一種鉀離子摻雜的碳包覆富鋰三元正極材料及其制備方法和應用。本發明的富鋰三元正極材料為核殼結構，其由內向外依次包括鉀離子摻雜鎳鈷錳酸鋰和碳包覆層；所述鉀離子摻雜鎳鈷錳酸鋰的化學式為Li_1.2?xK_xNi_0.2Co_0.08Mn_0.52O₂，其中，0x0.05。本發明的富鋰三元正極材料的制備方法包括以下步驟：1)將鎳源、鈷源、錳源、鋰源、鉀源和碳源配制成混合溶液；2)進行噴霧干燥，得到前驅體；3)進行預燒，得到碳化產物；4)進行煅燒，即得富鋰三元正極材料。本發明的富鋰三元正極材料的循環性能優異、倍率性能優異，且制備方法簡單，無污染，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，具體涉及一種鉀離子摻雜的碳包覆富鋰三元正極材料及其制備方法和應用。

背景技術

鋰離子電池具有能量密度高、比容量高、無記憶效應、對環境友好等特點，被廣泛應用在手機、筆記本電腦和其它便攜式設備中。近年來，隨著電動汽車的大規模使用，人們對鋰離子電池的能量密度和循環性能的要求越來越高，畢竟這兩方面的性能直接影響著電動汽車的續航能力以及電池的使用壽命。此外，電池的生產成本也是人們關注的焦點。正極材料作為鋰離子電池的重要組成部分，直接影響著電池的各項性能以及生產成本，因此，開發出制備工藝簡單、循環性能良好、能量密度高的正極材料是鋰離子電池的重要研發方向。

富鋰三元正極材料也稱為富鋰錳基正極材料，在能量密度越來越受重視的今天，其超過 250mAh/g的比容量以及超過900Wh/kg的能量密度受到了人們極大的關注，是下一代鋰離子電池正極材料最有競爭力的候選者之一。然而，現有的富鋰三元正極材料普遍存在循環性能差、倍率性能差、首圈庫倫效率低、循環過程中的電壓衰退嚴重等問題，限制了其大規模商業化應用。

因此，亟需開發一種倍率性能優異、循環性能優異的富鋰三元正極材料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鉀離子摻雜的碳包覆富鋰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：

一種鉀離子摻雜的碳包覆富鋰三元正極材料，其為核殼結構，由內向外依次包括鉀離子摻雜鎳鈷錳酸鋰和碳包覆層；所述鉀離子摻雜鎳鈷錳酸鋰的化學式為 Li_1.2-xK_xNi_0.2Co_0.08Mn_0.52O₂，其中，0x0.05。

上述鉀離子摻雜的碳包覆富鋰三元正極材料的制備方法包括以下步驟：

1)將鎳源、鈷源、錳源、鋰源、鉀源和碳源溶于水，得到混合溶液；

2)將混合溶液噴霧干燥，得到前驅體；

3)將前驅體置于保護氣氛中，進行預燒，得到碳化產物；

4)將碳化產物置于氧氣氣氛中，進行煅燒，即得鉀離子摻雜的碳包覆富鋰三元正極材料。

優選的，步驟1)所述鎳源為硫酸鎳、乙酸鎳、硝酸鎳中的至少一種。

優選的，步驟1)所述鈷源為硫酸鈷、乙酸鈷、硝酸鈷中的至少一種。

優選的，步驟1)錳源為硫酸錳、乙酸錳、硝酸錳中的至少一種。

優選的，步驟1)所述鋰源為碳酸鋰、乙酸鋰、氫氧化鋰中的至少一種。

優選的，步驟1)所述鉀源為碳酸鉀、乙酸鉀、氫氧化鉀中的至少一種。

優選的，步驟1)所述碳源為聚乙烯吡咯烷酮、檸檬酸、可溶性淀粉中的至少一種。