[发明专利]一种硒、硫酸根共掺杂高镍正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种硒、硫酸根共掺杂高镍正极材料及其制备方法和应用，所述正极材料为硒和硫酸根共同掺杂改性的高镍正极材料，化学式为LiNi_xM_1‑xSe_a(SO₄)_bO_2‑a‑b，其中，M为Mn、Co或Al中的至少一种，且0.5≤x＜1，0＜a≤0.05，0＜b≤0.05。本发明利用硒和硫酸根对高镍正极材料进行阴离子掺杂，改善材料晶格结构；硒和硫酸根具有良好的协同作用，能够提高材料在大电流密度下的结构稳定性，明显改善高镍正极材料的电化学性能。所得正极材料在2.5‑4.2V电压窗口，0.1C电流密度下，首次循环放电比容量≥190mAh/g，1C电流密度下容量保持率≥90％，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种硒、硫酸根共掺杂高镍正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着新能源汽车的大力发展，锂离子电池产业已经进入快速发展阶段。影响锂离子电池性能的关键材料主要有正极材料、负极材料、电解液等。其中，正极材料是目前限制电池性能的主要因素，同时也是占锂离子电池成本较高的主要因素，接近40％。

近年来研究最多正极材料主要有磷酸铁锂、锰酸锂、三元材料等。其中高镍正极材料在成本和综合性能方面有着较为突出的优势，已经逐渐成为主流的技术路线。

为了进一步提高高镍材料的电化学性能，研究者通常通过掺杂等手段对材料进行改性处理，目前关于高镍正极材料的掺杂改性国内外已有很多文献和专利报道。

Peng Yue等先采用共沉淀法制备出LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂，然后再将其与NH₄F混合在450℃条件下焙烧5h得到F掺杂的LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O_2-xF_x，实验结果显示，随着F掺杂量的增加材料初始放电比容量降低，但循环稳定性有所提高(Yue P,Wang Z,Li X,et al.Theenhanced electrochemical performance of LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂cathode materials bylow temperature fluorine substitution.Electrochimica Acta,2013,95:112-118)。Chunyan Fu等采用共沉淀法制备出(Ni_0.6Co_0.2-xMn_0.2Mg_x)CO₃前驱体，再与LiOH混合制备出Mg掺杂的NCM正极材料，材料的初始放电比容量和循环性能均较未掺杂的材料有所提高(FuC,Zhou Z,Liu Y,et al.SyntheSs and electrochemical properties of Mg-dopedLiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂cathode materials for Li-ion battery.Journal of WuhanUniverSty of Technology-Mater.Sci.Ed.,2011,26(2):211-215)。徐悦斌等采用碳酸盐共沉淀法制备出Ti掺杂的Li(Ni_0.6Co_0.2Mn_0.2)_1-xTi_xO₂正极材料，初始放电比容量为172.5mAh·g^-1，10次循环后放电比容量为170.5mAh·g^-1(徐悦斌，钟胜奎，张倩.Ti掺杂LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂的制备及电化学性能.功能材料，2010:295-297)。