[发明专利]一种铌磷共掺杂的镍钴锰铝酸锂四元材料及其制备方法和包含其的锂离子电池

说明书

本公开涉及一种铌磷共掺杂的镍钴锰铝酸锂四元材料及其制备方法和包含其的锂离子电池，所述铌磷共掺杂的镍钴锰铝酸锂四元材料包含化学式为LiNisubgt;x/subgt;Cosubgt;y/subgt;Mnsubgt;z/subgt;Alsubgt;w/subgt;Nbsubgt;n/subgt;Psubgt;m/subgt;Osubgt;2/subgt;的颗粒，x+y+z+w+n+m＝1，0＜y≤0.2，0＜z≤0.1，0＜w≤0.05，0.002＜n≤0.02，0.001＜m≤0.02；Asubgt;Nb/subgt;与Dsubgt;Nb/subgt;的比值为0.9‑1.1，Asubgt;P/subgt;与Dsubgt;P/subgt;的比值为5‑15。本申请的铌磷共掺杂的镍钴锰铝酸锂四元材料中磷元素富集在所述颗粒的表面，铌元素均匀分布在所述颗粒体相中。上述磷元素和铌元素的分布方式能够提高材料的循环稳定性，并且缓解电解液对材料的腐蚀。

技术领域

本公开涉及锂离子电池正极材料制备领域，具体地，涉及一种铌磷共掺杂的镍钴锰铝酸锂四元材料及其制备方法和包含其的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池自商业化以后，便受到各界广泛关注，目前已经是新能源汽车的主力能源供应者。锂离子电池正极材料作为电池的核心组成部分及能量密度的瓶颈所在，其性能直接影响了锂离子电池的各项性能指标，因此比容量高、安全性好，循环寿命长的正极材料备受关注。镍钴锰铝酸锂材料NCMA作为层状正极材料的一类，具有比容量高、安全性能较好等优点。但受制于层状高镍材料本身结构稳定性不足、表面残碱较高等缺点，镍钴锰铝酸锂材料面临循环稳定性差、热稳定性不足等缺点。元素掺杂是有效改善层状材料结构稳定性及表面稳定性的方法之一。

铌-磷元素共掺杂的方法结合各掺杂元素的优点，进一步提升材料的循环性能。专利CN110085858A通过常规共沉淀法制备镍钴锰三元前驱体后，经两步等离子体焙烧，制备了铌-磷共掺杂的镍钴锰三元正极材料，提升了材料结构稳定性，降低表面残碱。但镍钴铝三元体系的共沉淀合成方法对反应条件要求苛刻，此外该方法采用常规共沉淀法制备三元前驱体，等离子体增强回转炉等专业装置，设备要求高，不利于工业生产，且只是经过简单的表面包覆焙烧，不利于掺杂离子在三元材料中的扩散。

发明内容

本公开的目的是提供一种铌磷共掺杂的镍钴锰铝酸锂四元材料及其制备方法和包含其的锂离子电池，该铌磷共掺杂的镍钴锰铝酸锂四元材料的循环稳定性较好。

为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种铌磷共掺杂的镍钴锰铝酸锂四元材料，所述铌磷共掺杂的镍钴锰铝酸锂四元材料包含化学式为LiNi_xCo_yMn_zAl_wNb_nP_mO₂的颗粒，x+y+z+w+n+m＝1，0＜y≤0.2，0＜z≤0.1，0＜w≤0.05，0.002＜n≤0.02，0.001＜m≤0.02；

其中，A_Nb与D_Nb的比值为0.9-1.1，A_P与D_P的比值为5-15；

以所述颗粒表面的镍元素、钴元素、锰元素、铝元素、铌元素和磷元素的总摩尔为基准，A_Nb表示所述颗粒的表面的铌元素的摩尔占比，A_P表示所述颗粒的表面的磷元素的摩尔占比；

以所述颗粒体相中的镍元素、钴元素、锰元素、铝元素、铌元素和磷元素的总摩尔为基准，D_Nb表示所述颗粒的体相中的铌元素的摩尔占比，D_P表示所述颗粒的体相中的磷元素的摩尔占比。

可选地，所述颗粒的中值粒径D50为8-12μm。

本公开第二方面提供制备本公开第一方面所述的铌磷共掺杂的镍钴锰铝酸锂四元材料的方法，该方法包括以下步骤：