[发明专利]一种钠离子掺杂三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种钠离子掺杂三元正极材料及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。所述正极材料的化学通式为Li_1‑xNa_xNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂，其中0≤x≤0.05；其中锰源为二氧化锰空心微球。按照摩尔比称取锂源、钠源、镍源、锰源、钴源，分别加入溶剂后形成均一的溶液或悬浊液；将溶液和悬浊液混合后加热蒸发溶剂，经过两次煅烧研磨冷却至室温后即得到所述的锂离子电池正极材料。本发明易于操作，制备得到的正极材料保留了空心结构，结晶度，具有比容量高，循环性能好，倍率性能好等优点。

技术领域

本发明涉及一种钠离子掺杂三元正极材料及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

锂离子电池自诞生以来，因其高容量密度、无污染、长循环寿命等优点，引起了世界范围的广泛关注，已经被广泛应用于便携式电子设备、大型储能设备、电动汽车和混合动力汽车等。正极材料对锂离子电池的价格和性能起到了决定性作用，传统的正极材料主要有LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄。LiCoO₂作为最先出现和最成功的商业化电池材料在商业市场中仍然占据非常重要的位置，但如今LiCoO₂已经不能满足人们日益增长的需求。LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂和LiCoO₂相比，综合了LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄的特点，具有安全性高、成本低、环境友好等特点，是最有应用前景的正极材料之一。

LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂正极材料虽然具有上述的优势，但是在电化学循环过程中阳离子混排严重，材料的不可逆容量损失较大。此外，材料在高压下的晶体结构极易被破坏，其循环性能和倍率性能较差，阻碍了LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂正极材料更广泛的应用。

为了解决LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂正极材料以上的问题，通常采用的是离子掺杂和表面包覆的技术手段，同时还通过采用合成具有特殊结构的材料来提高其综合性能。

发明内容

本发明的目的是解决LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂正极材料循环性能和倍率性能差的问题，提供一种钠离子掺杂三元正极材料及其制备方法，该材料不仅具有空心结构，同时材料的粒径和粒度分布更加均匀，循环性能、倍率性能得到了改善。

本发明的技术方案，一种钠离子掺杂三元正极材料，所述正极材料为Li_1-xNa_xNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂， 其中0≤x≤0.05。

钠离子掺杂三元正极材料的制备方法，采用以下工艺步骤：

（1）碳酸锰微球的制备：取硫酸锰和碳酸氢铵溶于去离子水中，使得硫酸锰的浓度为0.8～1.2mol/L，碳酸氢铵的浓度为0.4～0.6mol/L，以200～500r/min速度搅拌3h，得到悬浊液；将所得悬浊液在0.01MPa下真空抽滤5～7h，并用去离子水洗涤2～4次，无水乙醇洗涤2次，得到碳酸锰微球；