[发明专利]一种Zr、Al共掺杂的NCM三元正极材料及其制备方法在审

专利信息
申请号: 202010094600.4 申请日: 2020-02-16
公开(公告)号: CN111244464A 公开(公告)日: 2020-06-05
发明(设计)人: 胡德豪;岳波;王俊安;李延俊;黄小丽;陈伟;刘晶晶 申请(专利权)人: 四川新锂想能源科技有限责任公司
主分类号: H01M4/62 分类号: H01M4/62;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
代理公司: 成都行之专利代理事务所(普通合伙) 51220 代理人: 宋辉
地址: 629000 四川省遂*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 zr al 掺杂 ncm 三元 正极 材料 及其 制备 方法
【说明书】:

发明公开了一种Zr、Al共掺杂的NCM三元正极材料及其制备方法,包括以下质量分数的组分:Zr、Al元素的总质量分数为0.4%~0.8%,其余为NCM三元正极材料。在镍钴锰氢氧化物前驱体与锂盐混合的过程中加入纳米级氧化锆和纳米级氧化铝,通过高混机按照特定的混合机制混合均匀,完成NCM三元正极材料表层和体相的掺杂,Zr、Al的掺杂能够在锂离子电池正极材料内部起到支撑作用,扩大锂离子扩散通道,稳定材料结构,晶体稳定性得到加强,材料循环性能得以改善、提升了材料的可逆容量。

技术领域

本发明涉及化学储能电池领域,具体涉及一种Zr、Al共掺杂的NCM三元正极材料及其制备方法。

背景技术

随着化石能源消耗日益增加、储量持续减少的情况下,人们发展新能源势在必行。锂离子电池由于其较高的能量密度、较好的循环稳定性和对环境友好的特点得到人们广泛关注,尤其在电动汽车领域,锂离子电池的应用和开发变得至关重要。近年来,我国提倡环保绿色出行,大力推行新能源动力汽车生产制造,其核心的电池及电极材料开发制造得到迅猛发展。目前,在众多锂离子电池的正极材料中,层状镍钴锰(NCM)三元正极材料Li[Ni1-x-yCoxMny]O2(0.1≤x≤0.3,0.1≤y≤0.3)综合了传统LiNiO2,LiCoO2和LiMnO2材料的优点,具有较稳定的结构,较好的循环性能,较高的容量,使其成为极具发展前景的正极材料。

随着动力电池的发展,三元正极材料NCM的综合性能要求也日益增高,因此,三元正极材料的改性已成为当下一研究热点。对于三元正极材料的改性一般分为掺杂和包覆,通过掺杂其他元素能有效地改善三元正极材料NCM微观裂缝形成、减少电解液分解、扩大离子扩散通道等等来提高材料的容量、循环性能、倍率性能;通过包覆金属氧化物或者导电碳或碳纳米管或石墨烯能有效地改善三元正极材料NCM结构稳定性、构筑导电网络提高电子导电率,来提高材料的倍率、循环性能。

现有的Zr、Al对锂离子电池正极材料的修饰多通过溶胶凝胶法或者直接在共沉淀过程中加入Zr、Al盐进行,但是这种方法不利于掺杂含量的把控且所需Zr、Al的含量较多;或通过将正极材料与Zr、Al盐溶解加热搅拌直至蒸干,再进行煅烧,这种方法需要二次煅烧,对能源消耗较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的Zr、Al对锂离子电池正极材料的修饰效率较差,不仅不能较好的改善三元正极材料NCM的性能,同时所需成本较高,效率较低,目的在于提供一种Zr、Al共掺杂的NCM三元正极材料及其制备方法,解决对三元正极材料NCM的修饰的问题。

本发明通过下述技术方案实现:

一种Zr、Al共掺杂的NCM三元正极材料及其制备方法,包括以下质量分数的组分:Zr、Al元素的总质量分数为0.4%~0.8%,其余为NCM三元正极材料。

其中,Zr、Al元素的总质量分数为0.6%,其中Zr的质量分数为0.4%,Al的质量分数为0.2%。NCM三元正极材料中Ni、Co、Mn的摩尔比为6:2:2。

本发明的正极材料中Zr的掺杂能够稳定材料结构,在充放电过程中,能稳定离子扩散通道,从而改善材料电化学性能。由于Zr的离子半径较大,掺杂进过渡金属层的Zr能够扩大锂离子扩散通道,从而提高材料可逆放电容量。Al离子的半径小于Co离子和Ni离子(rAl3+=(0.0535nm)、rCo3+=(0.0545nm)、rNi3+=(0.0560nm)),Al-O键的键能大于Co-O键和Ni-O键的键能,Al的掺杂能使得Ni-O层的层间距变小,增强键与键之间的结合力,大大提高材料的稳定性,但是Al的量过多时会产生杂相,影响晶体结构的有序性,因此掺杂的量不能过多。

因此本发明的Zr、Al元素的总质量分数为0.4%~0.8%,能较好的提高正极材料的性能。

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