[发明专利]一种高镍三元锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高镍三元锂离子电池正极材料及其制备方法。采用Sc³⁺掺杂的策略，通过溶胶‑凝胶法制备高镍三元锂离子电池正极材料LiNi_xCo_ySc_zO₂（0.85≤x≤0.90,y≤0.1,z≤0.1且x+y+z=1），Sc掺杂降低了锂镍离子混排程度并增强晶体结构的稳定性，提高了LiNi_xCo_ySc_zO₂的循环性能；利用螯合剂实现反应原料分子水平上的均匀混合，降低反应的温度和缩短反应时间，利于获得颗粒细小的LiNi_xCo_ySc_zO₂，显著缩短锂离子在LiNi_xCo_ySc_zO₂固体颗粒内部的扩散路径，提高锂离子的电化学动力学性能，提高该材料的倍率性能，兼具高容量、长寿命、倍率性能优异的优点。

技术领域

本发明属于能源材料技术领域，特别涉及一种高镍三元锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

由于锂离子电池具有能量密度高、寿命长和自放电率低等众多优点，在二次电池市场上占据主导地位，广泛应用于移动电话、笔记本电脑和电动工具等新兴的高技术便携式电子设备，并在国防工业、电动汽车、空间技术等领域具有广阔的应用前景和潜在的巨大经济效益。

然而，随着经济和科技的快速发展，人们对锂离子电池的性能要求不断提高，而目前锂离子电池正极材料较低的能量密度却难以满足人们对高性能锂离子电池的要求。由于高镍三元材料含钴量比较低，价格远低于目前使用最广泛的钴酸锂正极材料，而且其能量密度也远高于钴酸锂，成为目前锂离子电池正极材料的研究热点之一，具有非常广阔的商业应用前景。但高镍三元材料仍存在循环性能较差、倍率性能差、工作电压随循环增加而降低等缺点，上述性能的改善将会显著提升高镍三元材料的竞争优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高镍三元锂离子电池正极材料及其制备方法，钪离子的掺杂提高了材料的循环性能和倍率性能。

本发明涉及的高镍三元锂离子电池正极材料即镍钴钪酸锂，其分子式为：LiNi_xCo_ySc_zO₂(0.85≤x≤0.90，y≤0.1，z≤0.1且x+y+z＝1)。

所述高镍三元锂离子电池正极材料的制备方法具体步骤为：

(1)将0.01～0.015mol锂源化合物、0.008～0.01275mol镍源化合物、0.0005～0.0015mol钴源化合物及0.0005～0.0008mol钪源化合物倒入反应容器中，然后加入0.02～0.03mol络合剂，并加入100～120mL蒸馏水或去离子水使混合原料全部溶解，然后将反应容器置于80～100℃的水浴锅中反应，直至混合溶液形成凝胶。

(2)将步骤(1)所得凝胶烘干，并将烘干的凝胶转移至马弗炉或管式炉中，在空气气氛或氧气气氛条件下进行热处理，以2℃/min～10℃/min的升温速率加热至750℃～850℃，恒温2～8小时，然后随炉冷却至室温，即得LiNi_xCo_ySc_zO₂。

所述锂源化合物为氢氧化锂、氧化锂、硝酸锂、醋酸锂、碳酸锂和氯化锂中的一种或多种；

所述镍源化合物为硝酸镍、醋酸镍、氢氧化镍和氯化镍中的一种或多种；

所述钴源化合物为硝酸钴、醋酸钴、氢氧化钴和氯化钴中的一种或多种；

所述钪源化合物为硝酸钪、氯化钪和硫酸钪中的一种或多种；

所述络合剂为柠檬酸、草酸、酒石酸和乙二胺四乙酸中的一种或多种。