一种掺杂包覆改性的镍钴锰酸锂材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种掺杂包覆改性的镍钴锰酸锂材料、制备方法及其应用，该镍钴锰酸锂材料为掺杂Ta包覆Nb改性镍钴锰酸锂材料，通式为Li

【技术实现步骤摘要】
一种掺杂包覆改性的镍钴锰酸锂材料、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，涉及一种掺杂包覆改性的镍钴锰酸锂材料、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]新能源汽车行业的飞速发展，对锂离子电池的性能提出了更高的要求。锂离子电池由于其高能量密度、容量较高、循环性能较好等优点被广泛使用在3C、电动汽车等领域。锂离子电池由正极材料、负极材料、隔膜、电解液等主要部分组成，其中正极材料无论是在作用还是在成本上都占据着主导地位，正极材料性能的好坏将直接影响电池的性能。而新能源汽车的核心部件就是电池，其成本约占整车的40％，电池的好坏也直接影响着汽车续航、安全性等。
[0003]现阶段使用的锂电池的正极材料主要有磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、三元锂等。当前，在新能源汽车领域，锂离子电池应用以磷酸铁锂电池和三元锂电池为主。磷酸铁锂电池不含贵金属材料，成本低、循环寿命长、安全性高。而三元锂电池能量密度较高、充放电速度快，但首次充放电不可逆容量损失较高、循环性能较差，安全性能较低，成本较高。为了提升材料的克容量，通常采用提升镍含量的方式，但镍含量的增加一方面提高了成本，另一方面也会使材料安全性能降低。
[0004]此外，现阶段镍钴锰三元正极材料的改性大多采用单元素掺杂或者包覆，掺杂方式单一，作用有限，往往只是改善材料的某一种性能，对其他性能无明显改善作用，有些甚至还会产生负作用。
[0005]因此，需要一种改性方法，使材料的克容量、倍率性能、循环寿命和安全性能等都有较为明显的提升。
专利
技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种掺杂包覆改性的镍钴锰酸锂材料、制备方法及其应用，该制备方法先将钽离子通过一次烧结掺杂到材料内部，稳定材料内部结构，改善了材料的热稳定性；然后将铌离子通过二次烧结包覆到掺杂后的材料表面，提升材料表面包覆性，降低锂离子损耗，提升了首效，两种元素的协同作用能够明显的改善材料的电性能和安全性能。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。
[0008]一种掺杂包覆改性镍钴锰酸锂材料，为掺杂Ta包覆Nb改性镍钴锰酸锂材料，通式为Li
a
Ni
b
Co
c
Mn
d
Ta
e
O2/Nb
f
，a、b、c、d、e、f的取值满足以下要求：1.0≤a≤1.2，0.5≤b＜1，0＜c≤0.2，0＜d≤0.3，0＜e≤0.01，0＜f≤0.01。
[0009]上述掺杂包覆改性镍钴锰酸锂材料，作为一种优选实施方式，0＜e≤0.002，0＜f≤0.004。
[0010]上述掺杂包覆改性镍钴锰酸锂材料，作为一种优选实施方式，通过一次烧结将掺
杂元素Ta掺杂到镍钴锰酸锂材料的内部；通过二次烧结将包覆元素Nb包覆到掺杂Ta后的镍钴锰酸锂材料的表面，优选地，改性前的镍钴锰酸锂为LiNi
0.83
Co
0.12
Mn
0.05
O2。
[0011]本专利技术中，通过一次烧结将Ta元素掺杂到镍钴锰酸锂材料的内部，Ta元素的掺杂能够稳定镍钴锰酸锂材料的晶体结构，提升材料循环性能，改善材料热稳定性。通过二次烧结将Nb元素包覆到掺杂后的镍钴锰酸锂材料的表面，Nb包覆能够消耗掉在材料表面残余的碳酸锂，并在材料表面形成一层纳米包覆层，这种纳米包覆层能够有效减少材料表面杂相的产生，降低了锂离子的损耗，同时使锂离子的传输过程更为通畅。
[0012]此外，Nb在包覆过程中会有少量渗入镍钴锰酸锂材料体相，与Ta元素产生协同作用，能够更好的稳定材料晶体结构，提升材料循环性能。因此，Nb包覆层的存在可以提高材料的放电容量，倍率性能，降低表面电阻，改善锂离子传输速率，减少材料表面杂相的形成。
[0013]上述掺杂包覆改性镍钴锰酸锂材料，作为一种优选实施方式，在掺杂包覆改性镍钴锰酸锂材料中，掺杂元素Ta的含量为1000ppm～5000ppm(例如，1500ppm、2000ppm、2500ppm、3000ppm、3500ppm、4000ppm、4500ppm)。
[0014]上述掺杂包覆改性镍钴锰酸锂材料，作为一种优选实施方式，在掺杂包覆改性镍钴锰酸锂材料中，包覆元素Nb的含量为1000ppm～5000ppm(例如，1500ppm、2000ppm、2500ppm、3000ppm、3500ppm、4000ppm、4500ppm)。
[0015]本专利技术还提供了一种上述掺杂包覆改性镍钴锰酸锂材料的制备方法，采用如下技术方案。
[0016]一种掺杂包覆改性的镍钴锰酸锂材料的制备方法，包括如下步骤：
[0017](1)将镍钴锰三元正极前驱体、锂源和掺杂用钽(Ta)化合物混合均匀，得到混合物A；
[0018](2)将所述混合物A进行一次烧结得到掺杂改性后的镍钴锰酸锂；
[0019](3)将所述掺杂改性后的镍钴锰酸锂与水进行混合，搅拌后脱水干燥，得到干燥的掺杂改性后的镍钴锰酸锂；
[0020](4)将步骤(3)中得到的所述干燥的掺杂改性后的镍钴锰酸锂与包覆用铌(Nb)化合物混合均匀，得到混合物B；
[0021](5)将步骤(4)中得到的混合物进行二次烧结，得到掺杂包覆改性后的镍钴锰酸锂。
[0022]本专利技术采用二烧工艺，掺杂元素能更好的进入镍钴锰酸锂材料体相，包覆元素能更均匀的覆盖在该材料表面，所制备的材料具有较好的克容量表现、倍率性能、循环寿命和安全性能。
[0023]上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述步骤(1)中，所述三元正极前驱体为Ni
x
Co
y
Mn
z
(OH)2，0.5≤x＜1，0＜y≤0.2，0＜z≤0.3，x+y+z＝1；更优选为Ni
0.83
Co
0.12
Mn
0.05
(OH)2。
[0024]上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述步骤(1)中，所述锂源中的锂元素与所述镍钴锰三元正极前驱体中的镍、钴、锰元素之和的摩尔比为1.0～1.2:1(例如，1.03:1、1.05:1、1.1:1、1.15:1)。
[0025]上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述步骤(1)中，所述锂源为碳酸锂，无水氢氧化锂和一水氢氧化锂中的至少一种。
[0026]上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述步骤(1)中，所述掺杂用Ta化合物为Ta2O5和草酸钽盐(C2H2O4·
x
’
Ta，x
’
的取值范围为1～3)中的至少一种。
[0027]上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述步骤(1)中，所述掺杂用Ta化合物按照锂源中的锂元素与掺杂用Ta化合物中的掺杂金属元素Ta的摩尔比为1:0.00076～0.0016(例如，1:0.0008、1:0.0010、1:0.0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掺杂包覆改性镍钴锰酸锂材料，其特征在于，所述掺杂包覆改性镍钴锰酸锂材料为掺杂Ta包覆Nb改性镍钴锰酸锂材料，通式为Li
a
Ni
b
Co
c
Mn
d
Ta
e
O2/Nb
f
，a、b、c、d、e、f的取值满足以下要求：1.0≤a≤1.2，0.5≤b＜1，0＜c≤0.2，0＜d≤0.3，0＜e≤0.01，0＜f≤0.01。2.根据权利要求1所述的掺杂包覆改性镍钴锰酸锂材料，其特征在于，通过一次烧结将掺杂元素Ta掺杂到镍钴锰酸锂材料的内部；通过二次烧结将包覆元素Nb包覆到掺杂Ta后的镍钴锰酸锂材料的表面；和/或，在掺杂包覆改性镍钴锰酸锂材料中，掺杂元素Ta的含量为1000ppm～5000ppm；包覆元素Nb的含量为1000ppm～5000ppm。3.一种根据权利要求1或2所述的掺杂包覆改性的镍钴锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将镍钴锰三元正极前驱体、锂源和掺杂用Ta化合物混合均匀，得到混合物A；(2)将所述混合物A进行一次烧结得到掺杂改性后的镍钴锰酸锂；(3)将所述掺杂改性后的镍钴锰酸锂与水进行混合，搅拌后脱水干燥，得到干燥的掺杂改性后的镍钴锰酸锂；(4)将步骤(3)中得到的所述干燥的掺杂改性后的镍钴锰酸锂与包覆用Nb化合物混合均匀，得到混合物B；(5)将步骤(4)中得到的混合物进行二次烧结，得到掺杂包覆改性后的镍钴锰酸锂。4.根据权利要求3所述的掺杂包覆改性的镍钴锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述三元正极前驱体为Ni
x
Co
y
Mn
z
(OH)2，0.5≤x＜1，0＜y≤0.2，0＜z≤0.3，x+y+z＝1；和/或，所述步骤(1)中，所述锂源为碳酸锂，无水氢氧化锂和一水氢氧化锂中的至少一种；和/或，所述步骤(1)中，所述掺杂用Ta化合物为Ta2O5和草酸钽盐中的至少一种；和/或，所述步骤(4)中，所述包覆用Nb化合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：周雷，王强，胡杨，
申请(专利权)人：楚能新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：