[发明专利]一种钠和/或钾掺杂高镍三元正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种钠和/或钾掺杂高镍三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将钠源和/或钾源溶解得到溶液A；将高镍三元前驱体材料溶于水中，超声分散形成溶液B，将溶液A逐渐加入到溶液B中，搅拌形成混合溶液；（2）将混合溶液加热反应，冷却、过滤、洗涤、干燥得到掺杂高镍三元前驱体材料；（3）将掺杂高镍三元前驱体材料与锂源混合均匀后烧结，冷却至室温，即得到钠和/或钾掺杂高镍三元正极材料。本发明采用溶剂热法将钠和/或钾掺杂到高镍三元正极材料中，该掺杂方式可以形成具有稳定结构的掺杂材料，不影响材料的形貌及结构，在充放电循环的过程可保持二次颗粒的完整性，从而提高高镍三元材料的电化学性能。

技术领域

本发明属于电池材料领域，尤其涉及一种掺杂高镍三元正极材料的制备方法。

背景技术

高镍三元正极材料最大的缺点是结构稳定性和高温性能较差，其表面颗粒极易发生如下现象：层状结构-尖晶石结构-非活性岩石的相变过程，引起容量、循环性能衰减。为了解决这一问题，可通过离子掺杂和表面包覆的方法抑制材料性能衰减。掺杂主要是使掺杂离子进入晶格结构中，取代原材料中的部分离子，减少Li⁺/Ni²⁺的混排，稳固原材料结构，提高循环过程中材料结构的稳定性，改善材料的循环性。

目前现有技术中的掺杂方式通常直接将掺杂元素与三元正极材料前驱体混合煅烧或在共沉淀法制备三元正极材料前驱体时同时加入掺杂元素。如公开号为CN108336344A的中国专利公开了一种钠离子掺杂的高镍三元锂电池正极材料及制备方法，该方法通过共沉淀法制备得到三元正极前驱体，然后将前驱体干燥研磨后与粉末状过氧化钠与氧化锂混合后在富氧环境下烧结获得钠离子掺杂的高镍三元锂离子电池正极材料。该方法选取过氧化钠为钠源，并通过固相烧结法直接进行钠掺杂，该方法反应不均匀，对前驱体结构影响较大，且选用的过氧化钠有强烈的腐蚀性，是一种强氧化剂，与易氧化的有机物或无机物混合会发火燃烧或爆炸，与水猛烈作用产生大量的热而引起火灾，不利于工业化应用。如公开号为CN111463428A的中国专利公开了一种钠离子掺杂三元正极材料及制备方法，该方法将锂源、钠源、镍源、锰源、钴源直接加入到溶剂中形成均一溶液后通过热蒸发，然后经过煅烧后获得钠离子掺杂的三元正极材料。由于多种元素混合难以控制晶体生长过程，导致所获三元材料颗粒分布不均匀，并且需要调控多种合成条件，该方法适用于实验过程探究，并不适用于工业化应用。

因此，为了保证掺杂效果，开发一种三元正极材料的掺杂方法势在必行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种形貌规则、结构稳定、电化学性能优异的钠和/或钾掺杂高镍三元正极材料的制备方法。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种钠和/或钾掺杂高镍三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将钠源和/或钾源溶解得到溶液A；将高镍三元前驱体材料溶于水中，超声分散形成溶液B，将溶液A逐渐加入到溶液B中，搅拌形成混合溶液；所述超声分散时控制超声功率为30-60kHz，超声时间为0.5-2h；将溶液A逐渐加入到溶液B的加入过程采用蠕动泵，蠕动泵的加液速度为80-120mL/h；搅拌形成混合溶液时控制搅拌温度为25-50℃，转速为300-500r/min，时间为2-10h；

（2）将步骤（1）中得到的混合溶液加热反应（可在密闭的聚四氟乙烯反应釜中进行，反应过程提供高压环境），冷却、过滤、洗涤、干燥得到掺杂高镍三元前驱体材料；上述冷却为自然降温至冷却，过滤是将冷却后的溶液采用真空抽滤装置，将产物与液体实现分离；

（3）将步骤（2）中得到的掺杂高镍三元前驱体材料与锂源混合均匀后（可采用球磨机快速转动），在氧化气氛下进行烧结，冷却至室温，即得到钠和/或钾掺杂高镍三元正极材料。