[发明专利]一种铟酸锂包覆的铟掺杂高镍正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池材料相关技术领域，具体涉及一种铟酸锂包覆的铟掺杂高镍正极材料及其制备方法。制备方法包括以下步骤：S1、将铟源化合物溶解于适量溶剂中，加入Ni_1‑x‑yCo_xM_y(OH)₂前驱体并混合，得到第一前驱体，铟源化合物的加入摩尔数为Ni_1‑x‑yCo_xM_y(OH)₂前驱体中Ni、Co和M元素总摩尔数的0.1％‑6％，0＜x≤0.3，0＜y≤0.2，M为Mn、Al中的一种或多种；S2、称取适量锂盐加入至S1的第一前驱体中，混合，干燥，得到混合物料，锂盐的加入摩尔数为S1的铟源化合物中铟元素的摩尔数与Ni_1‑x‑yCo_xM_y(OH)₂前驱体中Ni、Co、M元素总摩尔数的1‑1.2倍；S3、将S2的混合物料加热并保温一段时间，冷却后得到正极材料。本发明实现了正极材料掺杂与包覆的结合，显著提升了高镍正极材料的综合性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料相关技术领域，具体涉及一种铟酸锂包覆的铟掺杂高镍正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因其能量密度高、无记忆效应、环境友好等优点，广泛应用于消费类电子产品市场；而作为动力电池用于新能源汽车产业时，因电动汽车领域对续航、快充、存储和安全等综合性能有更为严苛的要求，亟待开发更高能量密度、优异高倍率性能、长使用寿命和强稳定性的高性能锂离子动力电池，特别是正极材料。高镍层状正极材料凭借高的比容量和工作电压、以及合理的成本等优势，近年来成为产学研界的研究焦点，被全球各大动力电池企业列为重点布局的关键材料。

提高高镍材料中镍元素的含量，可以获得更高的比容量；但在材料制备阶段、以及后续充电过程中会带来严重的Li/Ni混排，同时在材料存储、循环使用过程中空气、电解液与材料之间的界面副反应加剧。以上现象继而导致材料从层状相到岩盐相的不可逆结构劣化，电池阻抗增大。目前，高镍正极材料已处在产业化的攻坚阶段，亟需发展掺杂、包覆等简单、高效的改性策略，以显著、全面提升其循环寿命、高倍率性能和高电压稳定性。

常见的体相掺杂阳离子，如Al³⁺、Ti⁴⁺、Mo⁶⁺、V⁵⁺、Nb⁵⁺等，其离子半径小于或接近Ni²⁺(0.069nm)，占据过渡金属位；在电极充放电循环过程中，通过在过渡金属层形成的强M-O键，阻止Ni²⁺迁移到锂层，可有效缓解材料晶格结构的退化，提高材料的循环稳定性。掺杂的另一类金属离子，如Mg²⁺、 Zr⁴⁺、Zn²⁺、Sc³⁺等，其半径接近或略大于Li⁺(0.076nm)，则进入锂离子层，并通过O-M-O键合相邻过渡金属层，尤其当电极深度充电脱锂量较大时，可支撑层状结构不致坍塌，提高材料在高电压服役的稳定性；同时，氧层间斥力的降低同样也可以达到抑制Ni²⁺迁移到锂层的效果；另外，某些锂位掺杂元素还可以在材料制备阶段减少Li/Ni混排。

此外，在高镍正极材料表面包覆一层电化学惰性物质，可以隔绝空气和电解液对材料的侵蚀，减缓相变向体相的扩散，稳定材料界面，是一种被广泛采纳用以改善材料存储和循环寿命的简单且有效的手段。

然而，单一的体相掺杂难以解决材料表界面不稳定的问题；同样，单一的表面包覆对材料自身晶体结构缺陷的改善有限。因此，如何通过简单、快捷的工艺方法实现掺杂与包覆的结合，对全面、显著提升高镍正极材料的综合性能极为必要。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种铟酸锂包覆的铟掺杂高镍正极材料及其制备方法。

本发明提供了一种铟酸锂包覆的铟掺杂高镍正极材料的制备方法，其包括以下步骤：