[发明专利]阴、阳离子复合掺杂改性的锂离子电池(4:4:2)型三元正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种阴、阳离子复合掺杂改性的锂离子电池(4:4:2)型三元正极材料及其制备方法，属于锂离子电池领域。

背景技术

能源、环境问题以及信息技术是当前社会的焦点。石化燃料的短缺和燃烧对环境产生的污染迫切要求对可再生能源技术进行研究开发。化学电源因具有较高的能量转化效率，成为可再生能源技术的研究热点之一。而锂离子电池是最具潜力的化学电源。要提高锂离子电池的性能，正极材料又是关键。

目前，商业锂离子电池主要采用LiCoO₂作正极材料，但由于价格和安全性等问题，LiCoO₂已不能满足锂离子电池发展的需要。这促使了更多的人去研究、开发新的材料予以取代LiCoO₂。LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂三元正极材料自问世以来就因具有比容量高、成本低、对环境友好以及热稳定性和安全性好等优势而备受关注。但是，目前三元材料还尚存循环性能以及倍率性能不足等缺点。

掺杂作为改善电极材料性能的一个重要手段被广泛采用。本发明专利选择摩尔比n(Ni)∶n(Co)∶n(Mn)＝4∶2∶4为研究体系，采用阴、阳离子复合离子掺杂技术对LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂进行改性，并运用溶胶凝胶法合成出纳米级改性的锂离子电池(4:4:2)型三元正极材料，改善其颗粒形貌及电化学性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种纳米级阴、阳离子复合掺杂改性的锂离子电池(4:4:2)型三元正极材料制备方法，该正极材料颗粒小而均匀，分散度好，具有循环性能佳、比容量高等优点。

按照本发明提供的技术方案，一种阴、阳离子复合掺杂改性的锂离子电池(4:4:2)型三元正极材料，所述正极材料的化学通式为Li(Ni_0.4Co_0.2Mn_0.4)_1-xM_xO_2-yN_y，其中，M为Ti、Mg、Al或Cr；N为F、Cl或Br，0＜x≤0.15，0＜y≤0.15。

按照摩尔比称取可溶性锂源、镍源、锰源、钴源、金属M盐和N盐，分别用去离子水溶解后，加入柠檬酸溶液混合搅拌均匀，用浓氨水调节pH后加热蒸发得到凝胶。凝胶加热干燥后，经过两次灼烧研磨得到产品阴、阳离子复合掺杂改性的锂离子电池(4:4:2)型三元正极材料。

一种阴、阳离子复合掺杂改性的锂离子电池(4:4:2)型三元正极材料，步骤如下：

(1)将水溶性的锂源、镍源、锰源、钴源、M盐、N盐及柠檬酸溶于水中充分混合，再用氨水调节pH值至7-8，所述M为Ti、Mg、Al或Cr；N为F、Cl或Br；

(2)将步骤(1)得到的溶液在60～100℃下搅拌加热，得到凝胶体；

(3)将步骤(2)所得凝胶体80-150℃下干燥8-15小时，得到干凝胶体；

(4)将干凝胶体在300-600℃预灼烧处理4-8小时，自然冷却至室温研磨得到前驱体；

(5)步骤(4)得到的粉末置于700-1000℃条件下焙烧10-20小时，冷却后继续研磨得到产品阴、阳离子复合掺杂改性的锂离子电池正极材料。

进一步，所述锂源、镍源、锰源、钴源、M盐、N盐按照锂、镍、锰、钴、M、N的摩尔比为(1-y)∶(0.4-x)∶(0.4-x)∶(0.2-x)∶x∶y加入，其中0＜x≤0.15，0＜y≤0.15。

进一步，所述镍盐、钴盐和锰盐的总摩尔量与柠檬酸的摩尔比为1∶1。