[发明专利]一种铌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，所述铌掺杂的镍钴锰铝酸锂四元材料包含化学式为LiNisubgt;1‑x‑y‑z‑n/subgt;Cosubgt;x/subgt;Mnsubgt;y/subgt;Alsubgt;z/subgt;Nbsubgt;n/subgt;Osubgt;2/subgt;的颗粒；0＜x≤0.2，0＜y≤0.1，0＜z≤0.05，0.002＜n≤0.02；其中，A与D的比值为0.9‑1.1；以所述颗粒表面的镍元素、钴元素、锰元素、铝元素和铌元素的总摩尔为基准，A表示所述颗粒的表面的铌元素的摩尔占比；以所述颗粒体相中的镍元素、钴元素、锰元素、铝元素和铌元素的总摩尔为基准，D表示所述颗粒体相中的铌元素的摩尔占比。本申请的铌掺杂的镍钴锰铝酸锂四元材料中的铌元素掺杂均匀，含有该四元材料的锂离子电池具有较好的循环性能，经长周期循环后容量保持率较高。

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LiNi_1-x-y-zCo_xMn_yAl_zO₂(NCMA)作为一种四元正极材料，综合了NCM和NCA材料的部分优点，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，高镍系四元材料面临循环稳定性差、热稳定性不足等缺点。金属离子掺杂是有效改善层状材料结构稳定性的方法之一。将铌引入镍钴锰铝四元材料可以提高正极材料稳定性、扩展锂离子嵌入/脱出通道及降低阳离子混排程度，从而提高材料性能。

常规铌掺杂的方法是将氧化铌等铌化合物直接与四元前驱体混合后，加入锂源进行锂化焙烧。由于Nb⁵⁺离子半径较大，铌元素通常难以均匀扩散至四元材料结构当中，达到理想的掺杂效果。中国专利CN111584872A公开了一种铌掺杂NCM811三元材料的制备方法。为了实现铌元素的有效掺杂，需要在20～100atm的高压氧气分为下进行高温焙烧，对生产设备提出了极高的要求，不利于降低生产升本。中国专利CN111653765A公开了一种喷雾干燥法制备铌掺杂镍钴铝酸锂正极材料的方法。该方法采用高能砂磨机将原料进行研磨混合后喷雾造粒，无法得到形貌均一的球形微米颗粒，不利于进一步提升材料的振实密度和加工性能。

发明内容

本公开的目的是提供一种铌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，该四元材料中的铌元素掺杂均匀，含有该四元材料的锂离子电池具有较好的循环性能，经长周期循环后容量保持率较高。

为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种铌掺杂的镍钴锰铝酸锂四元材料，所述铌掺杂的镍钴锰铝酸锂四元材料包含化学式为LiNi_1-x-y-z-nCo_xMn_yAl_zNb_nO₂的颗粒，0＜x≤0.2，0＜y≤0.1，0＜z≤0.05，0.002＜n≤0.02；

其中，A与D的比值为0.9-1.1；

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

以所述颗粒体相中的镍元素、钴元素、锰元素、铝元素和铌元素的总摩尔为基准，D表示所述颗粒体相中的铌元素的摩尔占比。

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：