一种锑双重修饰三元正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种锑双重修饰三元正极材料及其制备方法。所述锑双重修饰三元正极材料包括锑掺杂镍钴锰三元材料内核LiNi

【技术实现步骤摘要】
一种锑双重修饰三元正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种锑双重修饰三元正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，锂离子电池因其高效环保、循环寿命长和适用温度范围广等优点，在便携式电子设备、新能源电动汽车等领域得到广泛应用，并迅速在航空航天行业中发展壮大。作为锂离子电池的关键组成部分之一，正极材料的性能对锂离子电池的综合性能起着至关重要的作用。目前，三元材料因其卓越的电化学性能而被广泛应用于锂离子电池正极材料，并且三元正极材料研究成为前沿热点。
[0003]三元正极材料同时结合了LiNiO2、LiCoO2和LiMnO2的优点。然而，由于其充放电过程导致的深度脱嵌锂使三元材料的层状结构不稳定，同时存在严重的Li
+
/Ni
2+
混排和表面相转变等问题使三元材料循环过程中的放电比容量迅速下降。
[0004]为了改善三元正极材料在锂离子电池中存在的问题，如深度脱嵌锂导致的层状结构不稳定，Li
+
/Ni
2+
混排和表面相转变等引起的循环性能下降，研究人员已经做出了很多努力。
[0005]例如，CN202010523849.2公开了一种使用固相法制备锑的氧化物或锑酸盐对高镍三元正极材料进行包覆的方法，旨在解决首圈库伦效率和首圈容量的问题。然而，尽管这种方法可以改善一些性能指标，但包覆后的高镍三元正极材料仍然存在循环性能差的现象。
[0006]另一方面，CN202110531809.7公开尝试采用金属阳离子双掺杂硫化物包覆复合改性的三元正极材料来改善循环性能。然而，这种掺杂方式可能会导致三元正极材料的放电容量显著减少。
[0007]尽管使用某些元素的掺杂、惰性元素的取代或表面包覆等方式可以提升三元正极材料的性能，但单一的改性方式难以各方面性能的提升。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，针对现有技术存在的上述问题，本专利技术提供一种锑双重修饰三元正极材料及其制备方法，获得的材料具有优异的电化学容量、能量密度和循环稳定性，可作为锂离子电池的正极材料。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0010]本专利技术提供了一种锑双重修饰三元正极材料，包括Sb掺杂镍钴锰三元材料内核和包覆在内核表面的壳层；所述Sb掺杂镍钴锰三元材料内核的化学式为LiNi
(1
‑
x
‑
y
‑
z)
Co
x
Mn
y
Sb
z
O2,0≤x,y,z<1,(x+y+z)≤1；所述壳层至少为Li3Ni2SbO6、Li3SbO4中的一种。
[0011]优选的，所述锑掺杂镍钴锰三元材料内核中，锑占镍钴锰锑总摩尔百分含量的0.5
‑
5％，所述壳层占所述三元材料质量的0.5
‑
5％；且，包覆层厚度为0.5
‑
6nm。
[0012]现有包覆层厚度范围在0.5
‑
6nm之间，过厚的包覆层不仅会导致容量损失和循环
寿命下降，还会影响材料的导电性和离子传输速率。
[0013]本专利技术还提供上述改性三元正极材料的的制备方法，包括以下步骤：
[0014](1)将可溶性镍盐、可溶性钴盐、可溶性锰盐、水和沉淀剂混合进行共沉淀反应，得到三元材料前驱体；
[0015](2)将所述三元材料前驱体、锂盐和锑盐混合得到混合料；
[0016](3)在氧气气氛下，将所述混合料进行煅烧，得到锑双重修饰三元正极材料。
[0017]优选的，所述共沉淀反应的pH值为9
‑
11，反应温度为45
‑
65℃；且所述共沉淀反应在搅拌的条件下进行，搅拌转速为400
‑
1000rpm。
[0018]优选的，所述煅烧包括依次连续进行的第一煅烧和第二煅烧，所述第一煅烧的温度为400
‑
600℃，保温时间为3
‑
10h；所述第二煅烧的温度为600
‑
1000℃，保温时间为6
‑
48h；由室温升温至所述第一煅烧的温度的升温速率和由第一煅烧的温度升温至第二煅烧的温度的升温速率独立地为1
‑
10℃/min。
[0019]优选的，所述锑盐为三氯化锑、硝酸锑或醋酸锑。
[0020]优选的，所述锂盐至少为Li3PO4、CH3COOLi、LiNO3、Li2SO4·
H2O、LiOH
·
H2O、LiOH、Li2CO3中的一种。
[0021]优选的，所述三元正极材料前驱体与锑盐的摩尔比为1：a，其中a为0.005
‑
0.1，三元正极材料前驱体与锂盐的摩尔比为1：1.05。
[0022]且，本专利技术还请求保护由上述方法制备的锑双重修饰的三元材料在锂离子电池中的应用。
[0023]具体地，所述改性的三元材料作为锂离子电池正极材料。
[0024]本专利技术通过高温加热形成锑的化合物包覆在三元正极材料表面，锑离子在高温条件下可以掺杂进入三元正极材料的体相晶格内，从而改变正极材料的结构和性能，锑化合物包覆层和锑掺杂共同作用，可以提升正极材料的电化学活性，改善锂离子在正极材料中的扩散性能，从而提高锂离子电池的性能表现。
[0025]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术提供的一种锑双重修饰三元正极材料及其制备方法，具有如下优异效果：
[0026]1)抑制电解液活性与正极界面的接触：包覆层能够降低电解液对正极的腐蚀作用，减少副反应的发生，从而提高电池的循环稳定性。
[0027]2)提高锂离子扩散系数：包覆层能够优化正极材料的表面形态，改善锂离子在正极材料中的扩散速率，从而提高电池的充放电速率和性能。
[0028]3)锑掺杂能够扩大锂金属层厚度，减少过渡金属层厚度，从而提升正极材料的结构稳定性，降低电池在高温、高电压等极端条件下的失效风险。
[0029]综合以上优势，锑双重修饰三元正极材料在便携式电子设备和电动汽车等领域具有广泛的应用前景，有望进一步推动锂离子电池技术的发展。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据
提供的附图获得其他的附图。
[0031]图1为本专利技术实施例1
‑
3和对比例1所得材料的XRD谱图。
[0032]图2为本专利技术实施例1
‑
3所得材料的XPS谱图。
[0033]图3为本专利技术实施例3和对比例1所得材料的SEM图；其中，a、c为对比例1所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锑双重修饰的三元材料，其特征在于，包括锑掺杂镍钴锰三元材料内核和包覆在所述Sb掺杂镍钴锰三元材料内核表面的壳层；所述锑掺杂镍钴锰三元材料内核的化学式为LiNi
(1
‑
x
‑
y
‑
z)
Co
x
Mn
y
Sb
z
O2,0≤x,y,z<1,(x+y+z)≤1；所述壳层至少为Li3Ni2SbO6、Li3SbO4中的一种。2.根据权利要求1所述的锑双重修饰的三元材料，其特征在于，所述锑掺杂镍钴锰三元材料内核中，锑占镍钴锰锑总摩尔百分量的0.5
‑
5％；所述壳层占所述三元材料质量的0.5
‑
5％。3.一种如权利要求1或2所述的锑双重修饰的三元材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将可溶性镍盐、可溶性钴盐、可溶性锰盐、水和沉淀剂混合进行共沉淀反应，得到三元材料前驱体；将所述三元材料前驱体、锂盐和锑盐混合得到混合料；在氧气气氛下，将所述混合料进行煅烧，得到锑双重修饰的三元材料。4.根据权利要求3所述的锑双重修饰的三元材料的制备方法，其特征在于，所述共沉淀反应的pH值为9
‑
11，反应温度为45
‑
65℃；且所述共沉淀反应在搅拌条件下进行，搅拌转速为400
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：陈召勇，唐雨，朱华丽，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：