[发明专利]一种阴阳离子共掺杂的类单晶三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种阴阳离子共掺杂的类单晶三元正极材料及其制备方法，其通式为LiNi_0.8‑xCo_0.15Al_0.05M_xO_2‑yV_y，其中0.01≤x≤0.03，0.01≤y≤0.04，M为Zn、Mg、Cu元素中的一种，V为F、Br、Cl元素中的一种。先采用溶胶凝胶法制备掺杂阳离子M的三元正极材料的前驱体，再把前驱体与锂盐（提供锂元素的锂盐混合提供V元素的锂盐）球磨混匀后进行高温焙烧，得到阴阳离子共掺杂的类单晶三元正极材料。本发明制备的锂离子电池三元正极材料，颗粒细小且均匀，比表面积低，阳离子混排程度低，结晶性好，具有良好的循环稳定性及首次库伦效率。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种阴阳离子共掺杂的类单晶三元正极材料LiNi_0.8-xCo_0.15Al_0.05M_xO_2-yV_y及其制备方法。

背景技术

随着全球能源问题加剧，新能源汽车行业作为我国新兴战略产业，将迎来重大的机遇和挑战。动力电池作为新能源汽车的心脏，迫切需要研发出能量密度高、稳定性能好的电极材料来满足电池汽车行业需求。

LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂(NCA)由于其高比容量，低价格而被认为是电动汽车锂离子电池的优选正极材料之一。虽然用Co和Al部分替代Ni可以明显改善LiNiO₂的结构和热稳定性，但是依然存在Li⁺/Ni²⁺阳离子混排导致的循环性能及安全性能差的缺点。离子掺杂是解决此问题的一种重要方式。一般掺杂的阳离子主要为Mg、Zn、Al、Ce、Cu、La、Zr等，阳离子掺杂主要是为了稳定 NCA 材料的晶格结构，降低阳离子的混排程度，从而减少充放电过程中的不可逆容量损失。一般掺杂的阴离子主要为F、S、Cl、Br等，阴离子掺杂主要是替代材料中氧原子，提高材料的结构稳定性，还可在循环过程中稳定活性物质和电解液之间的界面，提高材料的循环性能。

目前商业化的NCA三元正极材料均为一次颗粒聚集而成的二次球形颗粒，因此存在一些急需解决的问题：（1）堆积密度较低，导致压实密度偏低。（2）由一次颗粒形成的二次颗粒材料，其比表面积大，与电解液易发生副反应，造成电化学性能下降。（3）在高电压充放电过程中，二次球形颗粒易发生结构坍塌，且容易出现产气等问题。而合成单晶形貌的NCA以其具有的振实密度大，比表面积小可解决此类问题并且因其颗粒细小均匀，可以与导电剂充分接触，有利于锂离子嵌入脱嵌。

发明内容

本发明的目的是提出一种阴阳离子共掺杂的类单晶三元正极材料及其制备方法。制得的锂离子电池三元正极材料，颗粒细小且均匀，比表面积低，阳离子混排程度低，结晶性好，具有良好的循环稳定性及首次库伦效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种阴阳离子共掺杂的类单晶三元正极材料，其化学式为LiNi_0.8-xCo_0.15Al_0.05M_xO_2-yV_y，其中0.01≤x≤0.03，0.01≤y≤0.04，M为Zn、Mg、Cu元素中的一种，V为F、Br、Cl元素中的一种。

制备方法包括以下步骤：