[发明专利]一种高电压三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高电压三元正极材料及其制备方法。所述高电压三元正极材料是由金属元素和非金属元素共同掺杂改性的LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂三元正极材料，所述金属元素为Zr、Mg、Al、Mo和Sr中的至少一种，非金属元素为B、P和F中的至少一种。本发明通过一次煅烧同时掺杂金属和非金属元素，不涉及二烧，工艺简单，且制备得到的高电压三元正极材料稳定，电化学性能好，符合规模化生产的指标。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种高电压三元正极材料及其制备方法。

背景技术

随着环境污染问题及能源危机的日益严重，为了解决环境污染和能源危机问题，不断开发出环境友好、干净的太阳能、风能、潮汐能等新能源，但是这些新能源具有地域性和间歇性，因此储能就显得格外重要。锂离子电池作为一种最具潜力的储能装置具有诸多优点，比如工作电压区间宽、理论容量高等。其中，正极材料对锂离子电池的性能起决定性作用。相较于LiCoO₂、LiMn₂O₄等正极材料，LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂三元正极材料具有能量密度高、对环境友好等优势。

为了进一步提高LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂三元正极材料的容量，提高其工作电压是一种有效的方法，但LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂三元正极材料在高电压(4.4V)下发生不可逆相变，其层状结构被破坏，导致其容量衰减很快，循环性能下降。因此，需要对LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂三元正极材料进行改性以提高材料结构稳定性，从而提高其高电压性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种高电压三元正极材料及其制备方法，本发明制备得到的高电压三元正极材料在高电压下容量高，循环稳定性好。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种高电压三元正极材料，所述高电压三元正极材料是由金属元素和非金属元素共同掺杂改性的LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂三元正极材料，所述金属元素为Zr、Mg、Al、Mo和Sr中的至少一种；非金属元素为B、P和F中的至少一种。

本发明通过筛选上述金属元素和非金属元素，对LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂三元正极材料进行金属元素和非金属元素共同掺杂改性，能够提高材料结构稳定性，从而改善其高电压性能。

更优选地，所述金属元素为Zr和Al中的至少一种；非金属元素为B和P中的至少一种，制备得到的三元正极材料在3.0-4.45V电压区间下0.1C放电比容量以及90周循环容量保持率均较高。

优选地，所述金属元素的掺杂量为LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂三元正极材料质量的500-8000ppm；非金属元素的掺杂量为LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂三元正极材料质量的100-5000ppm；且金属元素与非金属元素的掺杂总量为LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂三元正极材料质量的1000-10000ppm。