[发明专利]金属掺杂二氧化铈表面修饰锂离子电池高镍正极材料

摘要

本发明公开了一种金属离子掺杂二氧化铈(Ce_1‑xN_xO₂，0≤x≤1)表面修饰锂离子电池高镍正极材料及其制备方法。该锂离子电池高镍材料的化学式为：LiNi_aCo_bM_1‑a‑bO₂(其中a、b为摩尔数，0.5≤a≤1，0≤b≤0.2，M为金属离子Mn、Al和Fe中的一种或几种，Ce_1‑xN_xO₂为表面包覆层材料，0≤x≤1,N为金属离子Sc,Ti,V,Y,Zr,Nb,La,Pr,Nd,Sm,Gd)本发明通过简单的液相前驱体制备、表面修饰和高温固相烧结反应，制备出Ce_1‑xN_xO₂表面修饰锂离子电池高镍材料。Ce_1‑xN_xO₂表面包覆层具有很好的电荷传导能力，有利于锂离子的脱嵌。利用Ce_1‑xN_xO₂表面修饰高镍正极材料可有效提高高镍正极材料的循环性能、倍率性能和安全性能，本发明制备方法的操作简单、成本低、环境友好，易实现工业化大规模生产。

主权项

1.一种金属掺杂二氧化铈(Ce1‑xNxO2，0≤x≤1)表面修饰锂离子电池高镍正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)按照LiNiaCobM1‑a‑bO2锂离子电池正极材料的比例，称取镍盐、钴盐、金属离子M盐，分别溶解于去离子水中，配制成浓度均为0.2‑3mol/L的盐溶液；其中，a、b为摩尔数，0.5≤a≤1，0≤b≤0.2，M为金属离子Mn、Al和Fe中的一种或几种；2)将碱和氨水溶解在去离子水中配制成混合碱溶液，混合碱溶液中，碱的浓度为2‑10mol/L，氨水的摩尔浓度为2‑5mol/L；将所得混合碱溶液加入到反应釜中，使占反应釜容积的30％‑50％；3)将步骤1)配制好的镍盐、钴盐和M金属盐溶液分别匀速泵入反应釜中，在泵入的整个过程中，反应釜内的pH值在9‑12之间、温度在60‑80℃之间；停止泵入后，静置陈化12‑20小时后，然后将沉淀物过滤、洗涤、烘干得到前驱体材料，所述前驱体材料为(NiaCobM1‑a‑b)(OH)2或(NiaCobM1‑a‑b)CO3；4)将前驱体材料与锂源进行混合，锂源、前驱体金属离子的摩尔比为Li：(Ni+Co+M)＝(1‑1.05):1，然后再加入分散剂混合球磨6‑24h，干燥之后将混合物放入管式炉中，在氧气氛围下于400‑600℃预烧2‑10h，然后在700‑900℃烧结10‑25h，冷却至室温，即得锂离子电池高镍正极材料LiNiaCobM1‑a‑bO2；5)将铈盐溶于水溶液中，按照Ce1‑xNxO2的比例，称取N金属离子的盐或是氧化物分散于添加剂中得到分散溶液，再将铈盐水溶液加入所述分散溶液中，然后进行球磨混合，所获得的前驱体在1000‑1500℃下煅烧6‑20h，冷却至室温得到Ce1‑xNxO2，其中金离子N为Sc,Ti,V,Y,Zr,Nb,La,Pr,Nd,Sm,Gd中的一种或几种；6)按照满足Ce1‑xNxO2的包覆量为0.1％‑10％条件，将步骤4)和步骤5)制备的LiNiaCobM1‑a‑bO2和Ce1‑xNxO2按照质量比混合，再加入分散剂通过球磨机球磨6‑24h，干燥之后置于管式炉中于300‑700℃烧结3‑7h，然后冷却至室温，即得Ce1‑xNxO2表面修饰锂离子电池富镍正极材料LiNiaCobM1‑a‑bO2。