[发明专利]一种多重改性的富镍三元材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种多重改性的富镍三元材料及其制备方法和应用。本发明采用体相掺杂、表面包覆多重改性的方法，主要是通过铁、镧双离子共掺杂改性来稳定NCM622材料的结构，提高材料的离子电导率，减轻NCM622型三元材料在循环过程中的阳离子混排现象，通过包覆导电聚合物改性减轻电解液生成的HF对电极材料的侵蚀，抑制界面产生的副反应，形成最佳的固体电解质界面膜，从而提高材料的循环性能和倍率性能。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种多重改性的富镍三元材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池三元材料由于其对高电压耐受性良好、比容量高以及钴含量少等优势，是可用于电子产品中的良好的正极材料。三元材料镍钴锰酸锂Li(Ni_xCo_yMn_1-x-y)O₂以镍盐、钴盐、锰盐为原料，相对于钴酸锂电池安全性高。其中正极三元材料LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.12O₂(NCM622)锂离子动力电池具有能量密度高、倍率性能良好、循环性优异能、价格低廉、寿命长、能耗低、无公害、无记忆效应以及自放电小、内阻小、污染少等优点，可广泛应用于电动汽车、移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机、电动汽车、储能、航天等领域。然而，NCM622型三元材料在充放电循环的过程中很容易发生结构崩塌现象，导致循环性能及倍率性能降低，阻碍了其商业化发展的进程。

体相掺杂是公认的一种加强材料结构的稳定性、改善材料电化学性能的途径，但可能导致电极材料的循环性能不足、大倍率下性能较差的问题，仍会存在结构坍塌现象。

表面包覆可以改善正极材料的电化学性能，可以避免材料中的活性物质和电解液直接接触，减少电解液对电极材料的侵蚀，提高材料的寿命和循环稳定性，且不影响锂离子的正常嵌入和脱出，却降低了材料的离子电导率和比容量。并且传统的包覆方法效果不佳，包覆层与本体的结合能力不强，或材料内部结构和外部表征都不均匀，不仅使材料的性能下降，而且很难在其表面进行包覆改性。

发明内容

针对目前NCM622型正极材料很容易结构崩塌、传统的体相掺杂和包覆效果不佳的问题，本发明提供一种多重改性的富镍三元材料的制备方法。

以及，本发明还提供一种多重改性的富镍三元材料。

以及，本发明还提供上述多重改性的富镍三元材料在光催化产氢中的应用。

为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下技术方案：

一种多重改性的富镍三元材料的制备方法，以NCM622型富镍三元材料为基体，先原位掺杂铁元素和镧元素，再以糖为螯合剂在材料表面包覆导电聚合物涂层。

本制备方法首先原位合成铁(Fe)镧(La)共掺杂的NCM622材料，Fe、La阳离子同时存在既可以用Fe³⁺掺杂来减少Li⁺/Ni²⁺的混排，又可以使La³⁺起到支柱效应而扩大三元材料的层间距，增加Li⁺扩散效率，提高材料的容量和循环性能。随后糖类和导电聚合物形成的包覆层不仅抑制了电解液生成的HF对铁镧共掺杂NCM622材料的腐蚀，还提高了所得富镍三元材料的循环性能和倍率性能。本发明中以掺杂和包覆相结合，既能提高所得富镍三元材料的放电比容量，又能提高其循环稳定性和倍率性能。

优选地，该制备方法具体包括以下步骤：