[发明专利]磷酸钽铝锂改性的高镍正极材料、前驱体以及制备方法

说明书

本发明涉及电池材料技术领域，具体公开了一种磷酸钽铝锂改性的高镍正极材料、前驱体以及制备方法。本发明的正极材料的化学式为LiNi_xCo_yMn_zO₂•nLiAlTa(PO₄)₃，其中x、y、z为摩尔数，0.8≤x1，0y≤0.1，0z≤0.1，0n≤0.05，x+y+z=1；表面有铝、钽元素掺杂且具有LiAlTa(PO₄)₃的包覆层。在制备高镍正极材料的过程中，首先制备Ni_xCo_yMn_z(OH)₂，然后在前驱体表面包覆LiAlTa(PO₄)₃，最后，与锂源焙烧即得。本发明制备得到的正极材料电化学性能优异，且制备方法简单、生产成本低。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，具体涉及一种磷酸钽铝锂改性的高镍正极材料、前驱体以及制备方法。

背景技术

随着经济的发展和化石能源的急剧消耗，可再生能源的需求也在不断增长。由于可再生能源具有分散性、间接性的特点，可再生能源的电能的直接利用率较低，因此需要储能系统将电能进行存储。锂离子电池具有能量密度高、循环稳定性高、安全性强的特点，成为大规模储能和电动汽车的理想电源。正极材料是锂离子电池的关键材料之一，对锂离子电池的能量密度和稳定性具有重要作用。而正极材料前驱体则是制备正极材料的重要中间体，调控正极材料前驱体的理化性质对正极材料和锂离子电池的电化学性能影响很大。

近来，高镍层状正极材料的放电比容量高、能量密度高、成本低，受到了人们的广泛关注。但由于层状材料在锂离子脱嵌过程中会产生H1→M→H2→H3的连续相变，受到较大的应力冲击产生晶间裂纹，使得材料结构降解和电化学性能衰退。此外，由于高镍材料具有较高含量的Ni³⁺/Ni⁴⁺，从而具有较强的表面氧化性，容易与电解液发生副反应，使得材料从层状相(R-3m)向尖晶石样相(Fd-3m)和岩盐相(Fm-3m)的相转变，造成电化学性能衰退。因此，从前驱体开始设计并提供一种制备工艺简单的高镍正极材料很有必要。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的是提供一种磷酸钽铝锂改性的高镍正极材料的前驱体、正极材料以及制备方法。

为解决上述技术问题，本发明主要采用以下技术方案。

首先，本发明提供一种磷酸钽铝锂改性的高镍正极材料的前驱体，其化学式为Ni_xCo_yMn_z(OH)₂•nLiAlTa(PO₄)₃，其中x、y、z为摩尔数，0.8≤x1，0y≤0.1，0z≤0.1，0n≤0.05，x+y+z=1。

基于同样的发明构思，本发明提供上述的磷酸钽铝锂改性的高镍正极材料的前驱体的制备方法，包括以下步骤：

（1）配制镍、钴、锰的金属盐溶液，然后加入沉淀剂和络合剂，共沉淀反应生成Ni_xCo_yMn_z(OH)₂；

（2）将锂源、铝源、钽源、磷源依次加入溶剂中，搅拌均匀得混合溶液；然后向所述的混合溶液中加入步骤（1）所得的Ni_xCo_yMn_z(OH)₂，按一定固液比持续搅拌，蒸发溶剂并真空烘干，得到磷酸钽铝锂修饰的正极材料的前驱体Ni_xCo_yMn_z(OH)₂•nLiAlTa(PO₄)₃。