[发明专利]一种镍钴硅酸锂基复合正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种镍钴硅酸锂基复合正极材料，其化学表达式为：LiNi_0.8Co_0.1Si_0.1‑x‑yIn_xIr_yO₂，其中，x≥0，0≤y≤0.02。本发明还公开了该复合正极材料的制备方法。本发明通过采用喷雾干燥的方式合成掺杂铟和铱的镍钴硅三元前躯体，实现了掺杂元素铟和铱在充放电过程中不发生价态和体积的变化，使得正极材料不失电化学活性且结构稳定性好、循环寿命长、安全性能高。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种镍钴硅酸锂基复合正极材料及其制备方法。

背景技术

镍钴锰三元正极材料由于具有较高的能量密度以及较低的成本被广泛应用于3C产品以及新能源汽车领域；但单纯的镍钴锰酸锂(LNCM)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、Mn离子价态的变化造成材料结构的塌陷，对材料的循环寿命及安全性造成极大的危害；在充电电压低于4.4V(相对于Li⁺/Li)过程中，一般认为Ni离子会发生Ni^2+/3+到Ni⁴⁺的转变，并伴随体积的收缩，继续充电，在较高电压下，Co³⁺参与反应，材料中出现Co⁴⁺。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。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种镍钴硅酸锂基复合正极材料，解决了现有技术中正极材料的结构稳定性差、安全性能差的问题，本发明目的还提供了该复合材料的制备方法，该方法解决了现有技术中掺杂元素在充放电过程中易变价态，造成正极材料循环寿命短的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种镍钴硅酸锂基复合正极材料，其化学表达式为：LiNi_0.8Co_0.1Si_0.1-x-yIn_xIr_yO₂，其中，x≥0，0≤y≤0.02。

本发明的另一个技术方案是这样实现的：一种镍钴硅酸锂基复合正极材料的制备方法，该方法通过如下步骤实现：

步骤1，将蒸馏水加入锂源、镍源、钴源、铟源和铱源的混合物中并球磨1～10h，获得球磨后的混合溶液；

步骤2，对所述步骤1获得的球磨后的混合溶液进行加水稀释，获得混合浆料；

步骤3，对所述步骤2获得的混合浆料进行喷雾干燥，获得前驱体；

步骤4，将所述步骤3获得的前驱体和纳米二氧化硅加入高速混料机中混合均匀并烧结、冷却，获得烧结后物料；

步骤5，将所述步骤4获得的烧结后物料和包覆剂加入高速混料机中混合均匀并烧结、冷却、过筛，获得镍钴硅酸锂基复合正极材料。

优选地，所述步骤1中，所述锂源、镍源、钴源、铟源和铱源的混合物中锂、镍、钴、硅、铟与铱的摩尔比为1：0.8：0.1：0.1-x-y：x：y，其中，x≥0，0≤y≤0.02。

优选地，所述步骤1中，所述球磨后的混合溶液中水与锂源、镍源、钴源、铟源、铱源混合物的液固重量比为(0.5～1):1。

优选地，所述步骤1中，所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂中的至少一种；所述镍源为硫酸镍、草酸镍中的至少一种；所述钴源为硫酸钴、草酸钴中的至少一种；所述铟源为硫酸铟、草酸铟中的至少一种；所述铱源为硫酸铱、草酸铱中的至少一种。

优选地，所述步骤2中，所述混合浆料中水与锂源、镍源、钴源、铟源、铱源混合物的液固重量比为(2～10):1。

优选地，所述步骤4中，所述前驱体和纳米二氧化硅的摩尔比为1:(0.05～0.1)。