[發(fā)明專利]一種鎳酸鋰正極材料的取代摻雜改性方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211615060.5
• 申請(qǐng)日: 2022-12-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115974176A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊建文;吳金梅;鄭家煒;王夢(mèng)雯;李盛賢;黃斌;陳權(quán)啟;李延偉;肖順華;姜吉瓊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 桂林理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G53/00
• 分類號(hào): C01G53/00;H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種鎳酸鋰正極材料的化學(xué)摻雜改性方法。以少量鋁、鈦元素同時(shí)取代鎳酸鋰中的部分鎳元素，制得具有α?NaFeOsubgt;2/subgt;型層狀結(jié)構(gòu)相純度高、Lisupgt;+/supgt;/Nisupgt;2+/supgt;陽(yáng)離子混排程度小、電化學(xué)性能優(yōu)異等特征的摻雜改性鎳酸鋰基正極材料LiNisubgt;0.95/subgt;Alsubgt;x/subgt;Tisubgt;y/subgt;Osubgt;2/subgt;(其中0≤x≤0.05，0≤y≤0.05，x+y＝0.05)。該材料在0.1C電流倍率下的初始放電比容量可達(dá)223mAh/g，庫(kù)倫效率大于81％；在25℃下，1C電流倍率放電比容量大于207mAh/g，充放電循環(huán)300周時(shí)比容量大于150mAh/g，容量保持率大于72.7％；5C電流倍率下的放電比容量達(dá)148.6mAh/g。因此，本發(fā)明提供的鋁、鈦共摻雜鎳酸鋰正極材料具有比容量高、充放電循環(huán)穩(wěn)定性好、倍率性能好、原料成本低、環(huán)境友好等特征，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池電極材料領(lǐng)域，特別涉及一種元素化學(xué)取代共摻雜，改進(jìn)鎳酸鋰正極材料電化學(xué)性能的方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有比能量高、工作電壓高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，在日用電子產(chǎn)品中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。隨著全球電動(dòng)汽車和可再生能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，鋰離子電池的市場(chǎng)需求正在迅猛增長(zhǎng)。目前，商業(yè)化的動(dòng)力和儲(chǔ)能用鋰離子電池主要為鎳鈷錳三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池。其中，磷酸鐵鋰電池的能量密度較低(100～160Wh/kg)，主要適用于電動(dòng)自行車、小微電動(dòng)車、電動(dòng)公交車等短程車型；三元鋰電池具有160～250Wh/kg高能量密度，能夠滿足高速公路和城際長(zhǎng)續(xù)航使用，是緊湊型、中型和高端乘用車的首選動(dòng)力電源，并且能夠更好地滿足新能源汽車電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化發(fā)展需求。

鋰離子電池的傳統(tǒng)正極材料是α-NaFeO₂型層狀結(jié)構(gòu)鈷酸鋰(LiCoO₂)，在動(dòng)力鋰電領(lǐng)域使用較多的三元正極材料(LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂，簡(jiǎn)寫(xiě)為NCM)，是將其與同樣具有層狀結(jié)構(gòu)的鎳酸鋰(LiNiO₂)、錳酸鋰(LiMnO₂)經(jīng)過(guò)化學(xué)摻雜而成的復(fù)雜氧化物，如LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂、LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂、LiNi_0.6C_0.2Mn_0.2O₂等。三元正極材料的物理化學(xué)性能優(yōu)于Ni、Co、Mn三種基礎(chǔ)層狀結(jié)構(gòu)氧化物，表現(xiàn)出顯著的協(xié)同效應(yīng)。在三元正極材料中，昂貴、有毒的鈷元素使用量顯著降低，并且其工作電位、比容量和易制備性均得到了明顯提高。三元正極材料的比容量隨著鎳含量提高而增大，為了進(jìn)一步提高三元鋰電池的能量密度和降低生產(chǎn)成本，三元正極活性材料正在向高鎳、低鈷或無(wú)鈷化方向發(fā)展，如LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂、LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂、LiNi_0.94Co_0.03Mn_0.03O₂、LiNi_0.7Mn_0.3O₂、Li_1.2Mn_0.54Co_0.13Ni_0.13O₂等，即借助元素化學(xué)摻雜，三元正極材料正在朝著層狀結(jié)構(gòu)鎳酸鋰(LiNiO₂)或富鋰層狀結(jié)構(gòu)錳酸鋰方向發(fā)展。因此，元素化學(xué)摻雜是提高鎳酸鋰等層狀結(jié)構(gòu)氧化物正極材料電化學(xué)性能的關(guān)鍵途徑。

發(fā)明內(nèi)容