一种双金属元素共掺杂的正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种包覆掺杂的镍钴锰三元材料，其由镍钴锰三元材料前驱体通过含钕化合物和含钨化合物共掺杂形成，并且对掺杂的镍钴锰三元材料进行包覆改性。得到的三元材料倍率性能、低温性能和循环性得到了很好的改善，降低了原料成本，提高镍钴锰三元材料的电学性能，并且制备方法简单，成本低廉，利于工业化生产。产。

【技术实现步骤摘要】
一种双金属元素共掺杂的正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种包覆掺杂的三元正极材料及其制备方法，特别是包覆双金属元素共掺杂的正极材料及其制备方法，属于锂离子电池正极材料领域。

技术介绍

[0002]锂离子电池是新能源汽车的最普遍的电能储能装置，也是电网储能应用的重要方向。随着电子产品、新能源汽车和储能应用等产业的高速发展，市场对锂离子电池的能量密度、循环性能、成本降低提出了更高的要求。对于镍含量在0.5～0.6之间的中镍低钴含量的镍钴锰三元正极材料，由于减少了钴元素的使用量，降低了原料成本。另外，在制造过程不必要使用高成本的氢氧化锂和氧气气氛，从而不需要进行湿法改性，表面残余锂较低，对加工环境的耐受力较强，又进一步降低了制造成本。中镍正极材料也具有更好的安全性能，在电池成组时，在热管理方面投入的成本更低，电池组总体成本更低。
[0003]在新能源汽车使用端中，使用中镍正极材料的电池循环过程中的副反应程度降低，使得电池的循环性能更好，退役电池的梯次利用性也更好，相对残值更高，单位能量成本相较于高镍材料更加低廉。
[0004]现阶段的中镍低钴三元材料，减少钴元素比例以降低成本是必由之路，但是随着钴元素含量的降低，材料的倍率性能和循环性能都有较大的衰减。
[0005]基于上述问题，在尽可能的降低材料的成本的同时，保障材料的倍率性能和循环性能，以满足新能源汽车中储能应用，提高中镍三元材料的性能是行业关注的方向。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术人进行了锐意研究发现：先利用钕化合物和钨化合物对镍钴锰三元材料前驱体进行掺杂，再使用金属氧化物进行包覆改性，可以达到良好的倍率性能、低温性能和循环性能，减少钴的使用量，降低生产成本，从而完成本专利技术。
[0007]本专利技术的目的之一在于提供一种掺杂的镍钴锰三元材料，其由镍钴锰三元材料前驱体通过含钕化合物和含钨化合物共掺杂形成。
[0008]所述镍钴锰三元材料前驱体由式Ni
x
Co
y
Mn
1-x-y
(OH)2进行表示，其中，0.50≤x≤0.67，0<y≤0.10。
[0009]所述掺杂的镍钴锰三元材料由式Li
a
Ni
x
Co
y
Mn
1-x-y-b-c
Nd
b
W
c
O2进行表示，其中，0.98≤a≤1.10，0.50≤x≤0.67，0<y≤0.10，b+c≤0.02。
[0010]优选地，所述掺杂的镍钴锰三元材料还通过金属氧化物进行包覆改性。
[0011]本专利技术的目的还在于提供一种包覆掺杂的镍钴锰三元材料，所述包覆掺杂的镍钴锰三元材料由镍钴锰三元材料前驱体先通过含钕化合物和含钨化合物进行共掺杂改性，然后再进行金属氧化物包覆改性得到。
[0012]所述金属氧化物为氧化锆、氧化铝或氧化钛，优选为氧化铝或氧化钛，更优选为氧化钛。
[0013]所述包覆掺杂的镍钴锰三元材料由以下方法制备得到：
[0014]步骤1、将锂源、镍钴锰三元材料前驱体、钕化合物和钨化合物混合均匀，形成混合料Ⅰ；
[0015]步骤2、一次烧结混合料Ⅰ，得到掺杂的镍钴锰三元材料；
[0016]步骤3、将掺杂的镍钴锰三元材料与金属氧化物混合，得到混合料Ⅱ；
[0017]步骤4、二次烧结混合料Ⅱ，得到包覆改性掺杂的镍钴锰三元材料。
[0018]本专利技术的另一目的在于提供一种包覆掺杂的镍钴锰三元材料的制备方法，具体包括以下步骤：
[0019]步骤1、将锂源、镍钴锰三元材料前驱体、钕化合物和钨化合物混合均匀，形成混合料Ⅰ；
[0020]步骤2、一次烧结混合料Ⅰ，得到掺杂的镍钴锰三元材料；
[0021]步骤3、将掺杂的镍钴锰三元材料与金属氧化物混合，得到混合料Ⅱ；
[0022]步骤4、二次烧结混合料Ⅱ，得到包覆改性掺杂的镍钴锰三元材料。
[0023]本专利技术提供的包覆掺杂的镍钴锰三元材料及其制备方法，具有以下有益效果：
[0024](1)本专利技术中提供的由钕和钨元素掺杂的镍钴锰三元材料能够很好的提高镍钴锰三元材料的稳定性，进而改善材料的倍率性能、低温性能和循环性能。
[0025](2)本专利技术中进一步采用金属氧化物对掺杂的镍钴锰三元材料进行包覆改性，能够减少电解液和电极材料的接触，同时能够促进颗粒表面的锂离子扩散，也能够提高材料的容量保持性能、循环性能和倍率性能。
[0026](3)本专利技术中使用的镍钴锰三元材料前驱体中镍含量高，钴含量低，能够大幅降低原料成本和生产成本，材料性能好，制备方法简单，易于工业化生产。
附图说明
[0027]图1示出本专利技术中实施例1、实施例2、对比例1-5中包覆后的镍钴锰三元材料的X射线衍射(XRD)图谱；
[0028]图2示出本专利技术中实施例1中包覆后的镍钴锰三元材料的粒径分布图；
[0029]图3示出本专利技术中实施例2中包覆后的镍钴锰三元材料的粒径分布图；
[0030]图4示出本专利技术中对比例1中包覆后的镍钴锰三元材料的粒径分布图；
[0031]图5示出本专利技术中对比例2中包覆后的镍钴锰三元材料的粒径分布图；
[0032]图6示出本专利技术中对比例3中包覆后的镍钴锰三元材料的粒径分布图；
[0033]图7示出本专利技术中对比例4中包覆后的镍钴锰三元材料的粒径分布图；
[0034]图8示出本专利技术中对比例5中包覆后的镍钴锰三元材料的粒径分布图；
[0035]图9示出本专利技术中实施例1、实施例2、对比例3和对比例4中包覆后的镍钴锰三元材料的电化学阻抗(EIS)图谱；
[0036]图10示出本专利技术实施例1中包覆掺杂后的镍钴锰三元材料的扫描电镜图和能谱图；
[0037]图11示出本专利技术实施例2中包覆掺杂后的镍钴锰三元材料的扫描电镜图和能谱图。
具体实施方式
[0038]下面通过具体实施方式对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
[0039]本专利技术中通过钕和钨元素的共同掺杂能够大幅改善低钴含量的三元材料的循环性能和倍率性能，实现提高材料电学性能的同时降低成本的目的，通过后续的包覆改性能够实现在电极表面离子快速导通，对电池的容量和循环性能也有一定的改善作用。
[0040]本专利技术提供的掺杂镍钴锰三元材料，由镍钴锰三元材料前驱体通过含钕化合物和含钨化合物共掺杂形成。
[0041]所述镍钴锰三元材料前驱体由式Ni
x
Co
y
Mn
1-x-y
(OH)2进行表示，其中，0.50≤x≤0.67，0<y≤0.10。
[0042]优选地，所述掺杂的镍钴锰三元材料通过金属氧化物进行包覆改性。包覆改性后可以减少正极材料与电解液的直接接触，减少本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掺杂的镍钴锰三元材料，其特征在于，所述掺杂的镍钴锰三元材料由镍钴锰三元材料前驱体通过含钕化合物和含钨化合物共掺杂形成。2.根据权利要求1所述的三元材料，其特征在于，所述镍钴锰三元材料前驱体由式Ni
x
Co
y
Mn
1-x-y
(OH)2进行表示，其中，0.50≤x≤0.67，0<y≤0.10。3.一种包覆掺杂的镍钴锰三元材料，其特征在于，所述包覆掺杂的镍钴锰三元材料由镍钴锰三元材料前驱体先通过含钕化合物和含钨化合物进行共掺杂改性，然后再进行金属氧化物包覆改性得到。4.一种包覆掺杂的镍钴锰三元材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、将锂源、镍钴锰三元材料前驱体、钕化合物和钨化合物混合均匀，形成混合料Ⅰ；步骤2、一次烧结混合料Ⅰ，得到掺杂的镍钴锰三元材料；步骤3、将掺杂的镍钴锰三元材料与金属氧化物混合，得到混合料Ⅱ；步骤4、二次烧结混合料Ⅱ，得到包覆改性掺杂的镍钴锰三元材料。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述锂源选自碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂或草酸锂中的一种或多种，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴剑文，黄佳佳，张媛娇，沙金，朱卫泉，苏迎春，
申请(专利权)人：中信国安盟固利电源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：