[发明专利]一种不同晶向双元素共掺杂的高镍单晶层状正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种不同晶向双元素共掺杂的高镍单晶层状正极材料及其制备方法，正极材料具有式Ⅰ通式：Lisubgt;w/subgt;Nisubgt;x/subgt;Cosubgt;y/subgt;Mnsubgt;z/subgt;Tisubgt;m/subgt;Zrsubgt;n/subgt;Osubgt;2/subgt;。正极材料中，通过将Ti元素和Zr元素进行竞争性分层掺杂在高镍三元正极材料中，实现高镍正极材料体相中Ti和Zr双元素均匀掺杂，从而达到抑制高镍正极材料在循环过程中的体相相变和表面重构的协同作用，提高了高镍正极材料的循环稳定性。

技术领域

本发明属于正极材料技术领域，尤其涉及一种不同晶向双元素共掺杂的高镍单晶层状正极材料及其制备方法。

背景技术

可充电锂离子电池(LIBs)作为一种高性能的电化学储能设备，在消费类电子、汽车工业和电网储能等领域的应用日益广泛，因此，开发能够兼顾高容量、长循环寿命、高功率以及高安全等综合性能优异的正极材料对新一代LIBs的发展具有重大意义。

在诸多种正极材料体系中，高镍层状结构三元正极材料Li_wNi_xCo_yMn(Ti)_1-x-yO₂(x≥0.8)具有高可逆比容量(超过200mAh g^-1)、工作电压高(3.8V vs.Li/Li⁺)等优势，被认为是最有前途的高能电极材料，市面上的高镍三元正极材料通常是由纳米颗粒组成的一次不规则形貌颗粒，循环充放电过程中会导致晶粒内部结构坍塌。同时，在有害的H2-H3相变过程中，随机取向的单晶一次颗粒晶面加剧了体积的各向异性变化，导致颗粒与颗粒之间裂纹的形成和粉碎，因此，抑制微裂纹和结构坍塌的形成是高镍三元单晶小颗粒正极材料实际应用的必要条件。

元素掺杂是提升高镍正极材料稳定性的有效方法，多元素掺杂能够稳定高镍三元正极材料体相晶体结构和表面化学结构，从而改善高镍正极材料循环稳定性和热稳定性等性能。因此，如何在不降低高镍三元正极材料比容量的前提下，通过简化的焙烧工艺同时实现材料晶体结构与表面化学结构的提升，具有重要的研究意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种不同晶向双元素共掺杂的高镍单晶层状正极材料及其制备方法，该正极材料共掺杂Ti和Zr，Ti元素的均匀体相分布和Zr元素表面富集对于材料晶体结构和表面化学结构的协同改善。

本发明提供了一种不同晶向双元素共掺杂的高镍单晶层状正极材料，具有式Ⅰ通式：

Li_wNi_xCo_yMn_zTi_mZr_nO₂式Ⅰ；

0.98≤w≤1.15，0.8≤x0.96，0≤y0.2，0.001≤m≤0.05，0.001≤n≤0.05且x+y+z+m+n＝1；

所述高镍单晶层状正极材料为R-3m空间群，在4.3V满充状态下，晶胞参数c/晶胞参数a的范围为4.88-5.02。

在本发明中，所述高镍单晶层状正极材料的XRD衍射峰(003)/(104)的峰强比大于1.4。