[發明專利]一種多元高熵固溶體正極材料以及制備方法和用途

有效

• 申請號: 202111091805.8
• 申請日: 2021-09-17
• 公開（公告）號: CN113845153B
• 公開（公告）日: 2023-10-10
• 發明（設計）人: 郭建;高秀玲
• 申請（專利權）人: 天津市捷威動力工業有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;C01G53/00;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 劉二艷

1.一種多元高熵固溶體正極材料，其特征在于，所述高熵固溶體為一次顆粒形成的層狀結構；所述多元高熵固溶體正極材料的化學式為LiNi_xCo_yMn_0.95-x-yM_0.05O₂，其中，M包括Ti、V、Cr、Fe、Zn、Mg、Ca、Ru、Sn、Sb、W、Al、Mo、Y、Nb、La、Ce、Eu或Er中的至少五種，x＞0，y＞0，x+y＜0.95；所述高熵固溶體正極材料的結構組成中，至少包含兩種層狀材料體結構。

2.根據權利要求1所述的多元高熵固溶體正極材料，其特征在于，所述多元高熵固溶體正極材料的中值粒徑為1～10μm。

3.根據權利要求1或2所述的多元高熵固溶體正極材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：

(1)將鋰源、金屬鹽溶液和絡合劑混合，逐滴加入氨水或檸檬酸調節溶液pH值為2～6，進行加熱，烘干，得到凝膠前驅體；

(2)將步驟(1)所述凝膠前驅體進行燒結，得到所述多元高熵固溶體正極材料；

其中，所述金屬鹽溶液包括基體金屬鹽溶液和摻雜金屬鹽溶液；基體金屬鹽溶液中的金屬包括鎳、鈷和錳，所述摻雜金屬鹽溶液中的金屬包括Ti、V、Cr、Fe、Zn、Mg、Ca、Ru、Sn、Sb、W、Al、Mo、Y、Nb、La、Ce、Eu或Er中的至少五種。

4.根據權利要求3所述的多元高熵固溶體正極材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述金屬鹽溶液包括硝酸鹽和/或醋酸鹽；

優選地，所述絡合劑為乙二醇、檸檬酸銨或聚乙烯醇中的任意一種或至少兩種的組合。

5.根據權利要求3或4所述的多元高熵固溶體正極材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述鋰源中的鋰、金屬鹽溶液中的金屬與絡合劑的摩爾比為(0.95～1.13):(0.03～0.15):(0.95～1.13)。

6.根據權利要求3-5任一項所述的多元高熵固溶體正極材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述氨水的濃度為10～25mol％。

7.根據權利要求3-6任一項所述的多元高熵固溶體正極材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述加熱的過程伴隨著攪拌；

優選地，步驟(1)所述加熱的溫度為70～90℃；

優選地，步驟(1)所述加熱的時間為1～3h；

優選地，步驟(1)所述烘干的溫度為100～140℃。

8.根據權利要求3-7任一項所述的多元高熵固溶體正極材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述燒結在氧氣氣氛下進行；

優選地，步驟(2)所述燒結前，對步驟(1)所述凝膠前驅體進行研磨；

優選地，步驟(2)所述燒結的溫度為600～800℃；

優選地，步驟(2)所述燒結的時間為6～24h。

9.根據權利要求3-8任一種所述的多元高熵固溶體正極材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：

(1)將鋰源、金屬鹽溶液和絡合劑混合，逐滴加入檸檬酸或氨水調節溶液pH值為2～6，在70～90℃下進行加熱攪拌1～3h，然后再100～140℃下烘干，得到凝膠前驅體；

(2)將步驟(1)所述凝膠前驅體進行研磨，然后在氧氣氣氛下以600～800℃的燒結溫度進行燒結6～24h，得到所述多元高熵固溶體正極材料；

其中，所述金屬鹽溶液包括基體金屬鹽溶液和摻雜金屬鹽溶液；基體金屬鹽溶液中的金屬包括鎳、鈷和錳，所述摻雜金屬鹽溶液中的金屬包括Ti、V、Cr、Fe、Zn、Mg、Ca、Ru、Sn、Sb、W、Al、Mo、Y、Nb、La、Ce、Eu或Er中的至少五種；步驟(1)所述鋰源中的鋰、金屬鹽溶液中的金屬與絡合劑的摩爾比為(0.95～1.13):(0.03～0.15):(0.95～1.13)。

10.一種鋰離子電池，其特征在于，所述鋰離子電池包括如權利要求1或2所述的多元高熵固溶體正極材料；

優選地，所述鋰離子電池為鋰離子動力電池。