[发明专利]一种铌掺杂的镍钴铝锂离子电池正极材料

说明书

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种铌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

镍钴铝锂(LNCA)离子电池正极材料由于具有很高的能量密度以及相对较低的价格被广泛应用于IT产品以及新能源汽车领域，但单纯的镍钴铝酸锂属于半导体材料，电子电导率非常低；而锂离子的传导受到传输通道的阻力也非常大，造成其电导率只有10^-9-10^-7S/cm；而正极材料的电导率直接影响IT产品电池的充电时间以及动力电池的大倍率放电性能，随着对锂离子电池快速充放电越来越高的要求，提高正极材料的电导率是非常必要的。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种铌掺杂的镍钴铝锂离子电池正极材料，解决了现有正极材料电导率低、放电比容量低的问题；本发明的目的还在于提供该正极材料的制备方法，该方法解决了现有技术中掺杂元素分布不均匀，导致放电比容量与电导率失衡的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种铌掺杂的镍钴铝锂离子电池正极材料，其化学表达式为：Li_aNi_xCo_yAl_zNb_bO₂，其中1≤a≤1.2；0.3≤x≤0.98；0.01≤y≤0.6；0.001≤z≤0.1；b＝4/5-a/5-3x/5-3y/5-3z/5，0.00001≤b≤0.2。

本发明的另一个技术方案是这样实现的：一种铌掺杂的镍钴铝锂离子电池正极材料的制备方法，该方法通过如下步骤实现：

步骤1，分别称取多晶镍钴铝复合前驱体、单晶镍钴铝复合前驱体、纳米级五氧化二铌以及锂源；

步骤2，将步骤1中所述的单晶镍钴铝复合前驱体和纳米级铌的化合物加入超高速混料器中进行混合，获得第一混合物；

步骤3，将所述步骤2获得的第一混合物与步骤1中所述的多晶镍钴铝复合前驱体以及锂源加入高速混料器中进行混合，获得铌掺杂的镍钴铝前驱体；

步骤4，将所述步骤3获得的铌掺杂的镍钴铝前驱体装入瓷舟中进行焙烧，获得铌掺杂的镍钴铝锂离子电池正极材料。

优选地，所述步骤1中，所述多晶镍钴铝复合前驱体和所述单晶镍钴铝复合前驱体的质量比为(2-20)：1。

优选地，所述步骤1中，所述多晶镍钴铝复合前驱体和单晶镍钴铝复合前驱体中镍、钴、铝的摩尔之比为(0.3-0.98)：(0.01-0.6)：(0.001-0.1)。

优选地，所述步骤1中，所述纳米级五氧化二铌的称取量为镍、钴、铝总摩尔量的0.0001-2％。

优选地，所述步骤1中，所述锂源的称取量按摩尔比锂：Me＝(1.2-0.9):1计算，其中，Me为镍、钴、铝的摩尔量之和。

优选地，所述步骤1中，所述多晶镍钴铝复合前驱体和所述单晶镍钴铝复合前驱体均为镍、钴、铝的复合氢氧化物、复合氧化物、复合羟基氧化物中的一种或多种。

优选地，所述步骤1中，所述锂源为硝酸锂、乙酸锂、碳酸锂和氢氧化锂中的一种或多种。

优选地，所述步骤2中，所述超高速混料器的转速为5500-20000r/min。

优选地，所述步骤3中，所述高速混料器的转速为500-10000r/min。

优选地，所述步骤4中，所述焙烧温度为600-1200℃，焙烧时间为6-36h。

本发明正极材料通过掺入纳米级铌的化合物，有效的提供了其电导率和放电比容量；本发明方法先通过将单晶镍钴铝复合前驱体和铌的化合物进行超高速预混合，再将单晶镍钴铝前驱体和铌化合物的混合料与普通多晶镍钴铝前驱体高速混合，提高了铌元素的均匀分布效果，因为单晶复合前驱体机械强度高，可以采用超高速混合，而不至于破碎，同时单晶复合前驱体可以起到碰撞介质的作用，将铌的化合物充分打散，使掺杂元素和主元素充分混合。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。