[发明专利]一种磷酸钛钪锂修饰的锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

一种磷酸钛钪锂修饰的锂离子电池正极材料及其制备方法。本发明正极材料的化学式为Li[Ni_xCo_yMn_zAl_q]O₂·nLi_pSc_rTi_w(PO₄)₃，其中x、y、z、n、r、p、q、w、为摩尔数，0.8≤x1，0y≤0.06，0z≤0.03，0q≤0.03，x+y+z+q＝1，3.2≤p+r+w≤3.5，1.2≤p≤1.8，0.1≤r≤0.8，1.2≤w≤1.9，0n≤0.05，正极材料表面均匀包覆着磷酸钛钪锂。本发明方法包括以下步骤：采用共沉淀的方法形成前驱体，并通过与锂源烧结形成正极材料；将钪源与锂源均匀分散于有机溶剂中，然后加入磷源与钛源，并加入Li[Ni_xCo_yMn_zAl_q]O₂，分散均匀得混合液；搅拌蒸发并真空干燥，获得预烧粉末；在氧气气氛下烧结处理，获到最终产物。本发明得到的正极材料组装成电池，首次放电容量高，循环稳定性优异。本发明工艺简单，环境污染低，适用于工业化生产。

技术领域

本发明涉及电池材料领域，具体涉及一种磷酸钛钪锂修饰的锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

目前三元正极材料已经成为动力电池的主流材料，随着对动力电池能量密度要求的逐渐提高，三元正极材料也向着高镍材料发展。高镍材料目前我们主要有两个选择：镍钴锰酸锂(NCM)和镍钴铝酸锂(NCA)。Ni含量的增加虽然会提升三元正极材料的容量，但是也会造成三元正极材料的循环稳定性下降；NCM材料在长期循环中面临过渡金属元素溶解和不可逆相变等问题，而NCA材料在循环过程中二次颗粒的粉化和破碎现象要比NCM更为严重。为了更好的提高电池的性能，2016年韩国汉阳大学的Un-Hyuck Kim(第一作者)和ChongS.Yoon(通讯作者)、Yang-Kook Sun(通讯作者)提出了在NCM材料中掺入部分Al元素的镍钴锰铝酸锂正极材料(NCMA)，该方法抑制了阳离子混排和岩盐结构等杂相的生成，减少了晶界破碎，从而显著提升了材料的循环寿命。

NCMA正极材料的制备工艺要比NCM与NCA电池更为复杂。NCMA正极材料短期量产成本较高；同时铝的用量也需严格控制，对生产工艺提出了更严格的要求；铝的含量过多或过少都会影响电池的能量密度，并使循环稳定性出现衰减。

因此，针对NCMA的合成工艺复杂和循环稳定性较差等问题，提供一种制备工艺简单、循环稳定性和倍率性能优异的NCMA锂离子电池正极材料及其制备方法很有必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的缺陷，提供一种磷酸钛钪锂修饰的锂离子电池正极材料及其制备方法。本发明正极材料的首次放电容量高，循环稳定性好；本发明制备方法简单合理，成本较低。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种磷酸钛钪锂修饰的锂离子电池正极材料及其制备方法，其特征在于，本发明正极材料的化学式为Li[Ni_xCo_yMn_zAl_q]O₂·nLi_pSc_rTi_w(PO₄)₃，其中，0.8≤x1，0y≤0.06，0z≤0.03，0q≤0.03，x+y+z+q＝1，3.2≤p+r+w≤3.5，1.2≤p≤1.8，0.1≤r≤0.8，1.2≤w≤1.9，0n≤0.05。

本发明进一步解决其技术问题所采用的技术方案是：

优选的，一种磷酸钛钪锂修饰的锂离子电池正极材料及其制备方法，通过如下步骤制备而成：