[发明专利]一种铌掺杂无钴镍基正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铌掺杂无钴镍基正极材料及其制备方法，属于锂离子电池技术领域，所述正极材料的分子式为Li[Ni_xMn_1‑x]_1‑yNb_yO₂,其中0.5≤x≤0.9，0＜y＜0.1；所述制备方法为：先分别制得镍、锰盐的混合溶液和碱与氨水的混合溶液，再制备前驱体Ni_xMn_1‑x(OH)₂，然后将前驱体与锂的化合物、铌的化合物混合均匀，在高温下进行烧结，得到掺铌镍基正极材料。本发明所提供的铌掺无钴镍基正极材料采用镍基正极材料，掺杂铌元素来改性，使正极材料结构稳定，其离子扩散性能得以提高，进而提升了正极材料的循环稳定性及倍率性能；还能节约生产成本。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体的涉及一种铌掺杂无钴镍基正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、能量密度高、质量轻、体积小、自放电少、循环寿命长、充放电无记忆效应等特点，是21世纪的“绿色环保电源”。早期的锂离子电池主要用于笔记本电脑，移动电话，数码相机等3C电子产品上。近年来，随着正极材料制备和电池工艺技术水平的提升，锂离子电池的能量密度和功率密度得以显著提高，电池的循环稳定性能和大倍率性能得到改善，锂离子电池正应用于纯电动汽车(EV)、插电式混合动力汽车(PHEV)等交通工具之上。

目前，限于锂离子电池组的能量密度偏低，新能源汽车的续航里程普遍在300公里以下，而不能满足消费者的需求。因此，开发具有更高能量密度的锂离子电池迫在眉睫。正极材料是锂离子电池的重要组成部分，其性能好坏与成本高低对锂离子电池的发展和应用起着关键性作用。无钴镍基正极材料以高比容量、低成本、环境友好的优势著称，是发展高能量密度锂离子电池备选的正极材料之一。但是，镍锰固溶的镍基材料还存在若干问题，包括循环过程中结构不稳定、热稳定性能较差等。需要进一步地研究解决。

为了进一步提升镍基正极材料的电化学性能，无钴镍基正极材料的改性成为广泛关注的研究热点。掺杂改性是改善无钴镍基正极材料电化学性能的有效途径。

发明内容

1.要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题在于提供一种铌掺杂无钴镍基正极材料及其制备方法，其采用镍基正极材料，掺杂铌元素来改性，使正极材料结构稳定，其离子扩散性能得以提高，进而提升了正极材料的循环稳定性及倍率性能。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采取如下技术方案：

一种铌掺杂无钴镍基正极材料，其分子式为Li[Ni_xMn_1-x]_1-yNb_yO₂,其中0.5≤x≤0.9，0＜y＜0.1。

本发明还提供了一种上述铌掺杂无钴镍基正极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将可溶性镍盐、锰盐按照摩尔比x：(1-x)溶于去离子水中，配成浓度为0.5～4mol/L的过渡族金属离子溶液，其中0.5≤x≤0.9；

(2)配制碱与氨水的混合溶液，浓度为1～6mol/L；

(3)在反应釜中加入一定量的去离子水并加热升温，将(1)中配制的镍、锰盐的混合溶液和(2)中配制的碱与氨水的混合溶液分别同时通过蠕动泵滴入到反应釜中，并对反应釜内溶液进行加热搅拌，同时往反应釜中通入N₂，控制反应釜内反应体系的温度、pH恒定，进行共沉淀反应；反应完后用去离子水洗涤沉淀产物、抽滤、烘干，得到前驱体Ni_xMn_1-x(OH)₂；