[发明专利]一种铷掺杂浓度梯度三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铷掺杂浓度梯度三元正极材料及其制备方法，该铷掺杂浓度梯度三元正极材料的化学表达式为Li_1‑xRb_xNi_1‑a‑bCo_aMn_bO₂，其中0.01≤x≤0.1，0.1≤a≤0.2，0.1≤b≤0.3，0.5≤1‑a‑b≤0.8；镍含量从所述正极材料颗粒的中心至表面逐渐降低，锰、钴含量从所述正极材料中心至表面逐渐升高，铷的含量在所述正极材料中均匀分布。其制备方法包含以下步骤：（1）合成浓度梯度的镍钴锰三元正极材料前驱体；（2）将浓度梯度的镍钴锰三元正极材料前驱体与锂盐、铷盐混合均匀后煅烧，得到铷掺杂浓度梯度三元正极材料。本发明中的铷掺杂三元正极材料，镍钴锰呈现梯度分布，结构稳定，振实密度高，循环寿命长；同时由于铷离子半径较大，掺杂进去后使得锂化合物形成空位，晶格空隙增大，锂离子电导率明显提高。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种铷掺杂浓度梯度三元正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池以其具有工作电压高、比能量大、重量轻、体积小、循环寿命长、无记忆效应、可快速充放电和环境污染小等优势，越来越广泛应用于电动汽车(EV)和混合型电动汽车(HEV)，是目前最引人关注的储能方式。LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂三元系材料是由镍、钴、锰三种过渡金属元素构成的层状材料，简称三元材料或NCM材料，因其具有低成本、高能量密度等特点，被认为是最具发展潜力的锂离子电池正极材料。三元材料容量一般为180-190mAh/g，一般充放电在4.5V以下。但是随着人们对便携设备需求的增加以及商用锂离子电池的发展，目前主流的NCM523、NCM622已经无法满足人们对锂离子电池容量的需求。虽然高镍的NCM811能够满足电动汽车所需的能量密度，但循环性能不稳定，容量衰减较快，难以实现大规模商业化应用。

针对上述的缺陷，目前常用的改性方式有掺杂、包覆与浓度梯度结构设计等如中国专利(CN 106981651 A)公布了一种铷和或铯掺杂的三元正极材料及制备方法，通过改变铷或者铯掺杂的量，可以明显改善电池的倍率性能和循环性能。上述专利通过选择合适的掺杂离子以及控制掺杂比例来改善电极材料性能，在循环性能方面有明显改善。但是合成的材料存在实际容量不高，大功率放充电性能不佳的问题，难以满足实际新能源汽车发展需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种铷掺杂浓度梯度三元正极材料，由于镍钴锰呈现梯度分布，所以结构稳定，振实密度高，循环寿命长；同时由于铷离子半径较大，掺杂进去后使得锂化合物形成空位，晶格空隙增大，因此锂离子电导率明显提高。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种铷掺杂浓度梯度三元正极材料，其化学通式为Li_1-xRb_xNi_1-a-bCo_aMn_bO₂，其中，0.01≤x≤0.1，0.1≤a≤0.2，0.1≤b≤0.3，0.5≤1-a-b≤0.8；锰、钴元素的含量在所述铷掺杂浓度梯度三元正极材料由内到外呈递增趋势，镍元素的含量则呈递减趋势。

上述铷掺杂浓度梯度三元正极材料，由一种浓度梯度三元正极材料前驱体Ni_1-a-bCo_aMn_b(OH)₂(0.1≤a≤0.2，0.1≤b≤0.3，0.5≤1-a-b≤0.8)与锂源、铷源按照所含元素Li：Rb：(Ni+Co+Mn)＝(0.9-0.99)：(0.01-0.1)：1的化学计量比均匀混合后，进行煅烧得到的。其中，锂源为氢氧化锂、碳酸锂、氯化锂等中的任意一种，铷源为氯化铷、碳酸铷、氢氧化铷等中的任意一种。