[发明专利]钐掺杂的镍钴铝锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料制造技术领域，具体涉及一种钐掺杂的镍钴铝锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

镍钴铝三元锂离子电池正极材料由于具有较高的能量密度以及相对较简单的制备工艺而被广泛应用于IT产品以及新能源汽车领域。但单纯的镍钴铝酸锂(LNCA)由于结构稳定性欠佳，在充放电过程中很容易由于Li离子的脱嵌以及Ni、Co、Al离子价态的变化而造成材料结构的塌陷，从而对材料的循环寿命及安全性造成极大的危害，针对上述问题一般采用掺入适量Sm离子的方式予以改善。由于Sm³⁺与Ni³⁺的价态相同，掺入的Sm³⁺占据了Ni³⁺位，在充电过程中，Ni离子会发生Ni³⁺到Ni⁴⁺的转变，并伴随体积的收缩，如果充电电压过高、充电深度过大，材料的体积收缩将不可逆转，并最终失去电化学活性，而Sm³⁺在充放电过程中不变价，是电化学惰性的，在充放电时不发生价态的变化，因而也不发生体积的变化，可以起到骨架的作用，稳定晶体结构、提高材料的循环寿命及安全性能。

由此可见，Sm的掺入对材料的结构稳定性具有显著的改善作用，但同时由于掺入的都是非电化学活性的物质，相应对材料的放电比容量造成一定影响。如果掺入量过高，放电容量将会显著降低；如果掺入量不足，则材料的稳定性得不到有效的改善。因此，掺杂元素与主元素的均匀混合是实现放电比容量与稳定性达到平衡的重要因素。而现有技术中多采用简单的固相混合法掺入一般的Sm₂O₃，很难达到掺杂元素与主元素的均匀混合。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种钐掺杂的镍钴铝锂离子电池正极材料，本发明的目的之二是提供该正极材料的制备方法，解决现有技术中掺杂元素与主元素混合不均匀的问题。

本发明所采用的技术方案为：

一种钐掺杂的镍钴铝锂离子电池正极材料，其分子式为Li_aNi_xCo_yAl_zSm_bO₂，其中，1≤a≤1.2；0.3≤x≤0.98；0.01≤y≤0.6；0.001≤z≤0.1；b为4/3-a/3-x-y-z，0.00001≤b≤0.03。

本发明的另一个技术方案为：

钐掺杂的镍钴铝锂离子电池正极材料的制备方法，其包括以下步骤：

步骤1、分别称取镍钴铝多晶复合前驱体、镍钴铝单晶复合前驱体、纳米钐源及锂源；

步骤2、将所述步骤1中称取的镍钴铝单晶复合前驱体与纳米钐源进行超高速混合，制得第一混合物；

步骤3、将所述步骤2中制得的第一混合物与所述步骤1中称取的镍钴铝多晶复合前驱体及锂源进行高速混合，制得第二混合物；

步骤4、将所述步骤3中制得的第二混合物装入到瓷舟中进行焙烧，即制得钐掺杂的镍钴铝锂离子电池正极材料。

本发明另一技术方案的特点还在于：

所述步骤1中，所述镍钴铝多晶复合前驱体和镍钴铝单晶复合前驱体均为镍、钴、铝的复合氧化物、复合氢氧化物、复合羟基氧化物中的至少一种，其中，镍、钴、铝的摩尔比为Ni：Co：Al＝0.3-0.98:0.01-0.6:0.001-0.1。

所述步骤1中，所述纳米钐源为纳米级钐的氧化物或氢氧化物。

所述步骤1中，所述镍钴铝多晶复合前驱体与镍钴铝单晶复合前驱体的质量比为2-20:1。

所述步骤2中，所述超高速混合采用三元材料超高速混料器，超高速混合的转速为5500-20000r/min。

所述步骤3中，所述锂源为碳酸锂或氢氧化锂。

所述步骤3中，所述高速混合采用三元材料高速混料器，高速混合的转速为1000-10000r/min。

所述步骤4中，所述焙烧为：在600℃-1200℃下焙烧6h-36h。