[发明专利]通过氟化镁/钠协同改性提高高镍三元正极材料电化学性能的方法

说明书

本发明公开了通过氟化镁/钠协同改性提高高镍三元正极材料电化学性能的方法。(1)将前驱体和锂源以及钠源充分研磨得到混合物，在管式炉中氧气气氛下将混合物进行两段高温烧结，随炉温冷却至室温，即得到Li_0.9Na_0.1Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂；(2)将硝酸镁与氟化铵在无水乙醇中混合后加入Li_0.9Na_0.1Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂，搅拌烘干，加入少量无水乙醇研磨后再管式炉内氩气气氛下保温一段时间，即得到MgF₂/Li_0.9Na_0.1Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂复合材料。本发明工艺简单，成本低廉，制备出了以钠离子掺杂以及氟化镁包覆的大倍率性能和循环性能等电化学性能良好的MgF₂/Li_0.9Na_0.1Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂复合材料。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，特别是通过氟化镁/钠协同改性提高高镍三元正极材料电化学性能的方法。

背景技术

能源和环境一直是我国现代发展中面临的主要问题，解决这个问题的其中一个重要手段就是找到可持续利用的新能源，逐渐取代现有的传统能源，满足大家的需求。研究和开发新型能源已经成为各国主要研究单位和各大企业的共同课题，新型能源应具备效率高、易携带、安全性能好、对环境无害等特点。锂离子电池由于体积小，比能量高，工作电压高，使用寿命长等优点已经成为现代通讯、便捷式电子产品、电动汽车、航天航空的优选电源。锂离子发展到今天，作为目前最成熟的正极材料，在短时间内还有不可取代的优势。LiNi_1-X-YCo_XMn_YO₂中含有Ni、Co、Mn三种过渡金属，这三种过渡金属在材料中的性质互补，使得LiNi_1-X-YCo_XMn_YO₂具有优异的电化学性能。三元材料材料的过渡金属配比不同，其电化学性能也不同。这种材料的高容量和高安全性是其他材料比不上的，近几年内逐渐替代了部分的钴酸锂。三元材料中增加Ni含量降低钴的含量能够提高材料的比容量，又能降低材料成本是未来大型电池发展的一种理想材料。但高镍材料还存在许多问题，(1)Ni含量较多会使材料pH值增加，容易吸水和CO₂，不易储存；(2)Ni²⁺量较多，阳离子混排更严重，首次库伦效率下降。(3)Co含量的降低使材料结构稳定性变差，循环性能不好；(4)LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的制备较困难，由于部分Ni²⁺要氧化到Ni³⁺存在较大的势垒，难于被完全氧化，因此在高温烧结阶段，要在氧气气氛下合成。针对三元材料存在的相关问题，采取的措施主要有：离子掺杂和表面包覆，其作用是可以用来提高材料的性能(如热稳定性、循环性能或倍率性能等)。

本发明通过高温固相制备出了高镍三元正极材料，在此基础上，通过前驱体钠离子掺杂使得锂离子的迁移通道扩宽，锂离子的迁移速率变大，离子电导率提高，在钠离子掺杂的基础上进一步进行氟化镁包覆，包覆在正极材料表面的氟化镁使得样品表面变得粗糙，颗粒之间的界线变得模糊，有效减小了活性物质和电解液之间的副反应，抑制了材料在充放电循环过程中电极表面膜阻抗和电荷转移电阻的增加，抑制副反应的发生，从而稳定材料的层状结构。

发明内容