一种钠掺杂超高镍三元锂离子电池正极材料及其制备方法与应用

本发明涉及锂离子电池，具体涉及一种钠掺杂超高镍三元锂离子电池正极材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、锂离子电池由于其高能量密度，长循环寿命已成为电动汽车的主要动力来源。而当前锂离子电池的整体性能主要取决于正极，因此人们致力于开发高容量的正极材料。超高镍三元正极材料limo2(m＝ni，co，mn)具有较高的理论容量和良好的倍率性能，是最有前途的锂离子电池正极材料之一。然而，该材料在实际应用中仍然受到li+/ni2+混排、结构相变以及微裂纹等问题困扰。目前主要通过材料的体相掺杂和表面包覆改性，减少li+/ni2+混排，抑制材料在充放电过程中产生的晶格畸变，从而提高材料的循环稳定性以及高倍率放电性能。通过将钠离子引入锂层可以有效抑制li+/ni2+混排并稳定层状结构，从而提高材料的电化学循环性能以及倍率性能。

2、cn108336344a公开的一种钠离子掺杂超高镍三元锂电池正极材料及制备方法，该方法通过共沉淀法制备得到三元正极前驱体，然后将前驱体干燥研磨后与粉末状过氧化钠与氧化锂混合后在富氧环境下烧结获得钠离子掺杂的超高镍三元锂离子电池正极材料。通过该方法制备的材料的循环稳定性以及倍率性能得到了一定的改善。该方法选取过氧化钠为钠源，过氧化钠是一种强氧化剂，与易氧化的有机物或无机物混合会发火燃烧或爆炸，与水猛烈作用产生大量的热而引起火灾，不利于工业化应用。

3、cn111463428a公开的一种钠离子掺杂三元正极材料及制备方法，该方法将锂源、钠源、镍源、锰源、钴源直接加入到溶剂中形成均一溶液后，通过热蒸发以及煅烧的步骤后获得钠离子掺杂的三元正极材料。通过该方法所制备的材料的循环稳定性有效提升，但该方法调控合成相关条件较多，适用于实验过程探究，并不适用于工业化应用。

4、因此，为了保证掺杂效果，开发一种简单的三元正极材料的掺杂方法势在必行。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种钠掺杂超高镍三元锂离子电池正极材料及其制备方法与应用。本发明通过钠掺杂改性后，钠离子掺杂到锂层中并均匀分布，在锂层中充当“电磁中心”，有效地抑制了相邻过渡金属向四面体空位和锂层的迁移，从而抑制相转变以及阳离子混排的发生，进而提升正极材料的综合电化学性能。

2、为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：

3、一种钠掺杂超高镍三元锂离子电池正极材料，其化学通式为li1-xnaxni0.90co0.05mn0.05o2，其中，0.008≤x≤0.100。

4、上述钠掺杂超高镍三元锂离子电池正极材料的制备方法，取三元前驱体与锂盐、钠盐均匀混合，在通氧管式炉中进行分段煅烧，随炉冷却至室温，将烧结后产物研磨筛分后，得到钠掺杂超高镍三元锂离子电池正极材料。

5、优选的是，包括以下步骤：将真空烘干后的三元前驱体ni0.90co0.05mn0.05(oh)2与锂盐、钠盐混合均匀，其中n(li+na):n(ni+co+mn)＝1.05:1，在通氧管式炉中进行分段煅烧，先在500℃保温4-6h，然后650℃-850℃保温12-16h，随炉冷却至室温，将烧结后产物研磨筛分后，得到钠掺杂超高镍三元锂离子电池正极材料。

6、优选的是，所述三元前驱体为ni0.90co0.05mn0.05(oh)2。

7、优选的是，三元前驱体粉末真空烘干温度为60-100℃。

8、优选的是，所述三元前驱体与lioh·h2o，钠盐为氢氧化钠、碳酸钠或氯化钠。

9、优选的是，所述煅烧500℃保温5h，然后700℃保温14h。

10、优选的是，所述筛子的目数为300目。

11、上述钠掺杂超高镍三元锂离子电池正极材料在制备离子电池上的应用。

12、有益效果

13、与现有技术相比，本发明一种钠掺杂超高镍三元锂离子电池正极材料及其制备方法与应用，具体通过钠掺杂改性，钠离子掺杂到锂层中并均匀分布，在锂层中充当“电磁中心”，有效地抑制了相邻过渡金属向四面体空位和锂层的迁移，从而抑制相转变以及阳离子混排的发生，以此提升材料的综合电化学性能。此外，本发明制备的镍钴锰正极材料具有化学成分均匀、纯度高、粒径均匀、热处理温度低、化学计量比可精确控制、操作简单、条件易于控制、重现性好、电化学性能稳定等优点。

技术特征：

1.一种钠掺杂超高镍三元锂离子电池正极材料，其特征在于，所述钠掺杂超高镍三元锂离子电池正极材料的化学通式为li1-xnaxni0.90co0.05mn0.05o2，其中，0.008≤x≤0.100。

2.基于权利要求1所述的一种钠掺杂超高镍三元锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，取三元前驱体与锂盐、钠盐均匀混合，在通氧管式炉中进行分段煅烧，随炉冷却至室温，将烧结后产物研磨筛分后，得到钠掺杂超高镍三元锂离子电池正极材料。

3.根据权利要求2所述的钠掺杂超高镍三元锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将真空烘干后的三元前驱体ni0.90co0.05mn0.05(oh)2与锂盐、钠盐混合均匀，其中n(li+na):n(ni+co+mn)＝1.05:1，在通氧管式炉中进行分段煅烧，先在500℃保温4-6h，然后650℃-850℃保温12-16h，随炉冷却至室温，将烧结后产物研磨筛分后，得到钠掺杂超高镍三元锂离子电池正极材料。

4.根据权利要求3所述的一种钠掺杂超高镍三元锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述三元前驱体为ni0.90co0.05mn0.05(oh)2。

5.根据权利要求3所述的钠掺杂超高镍三元锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，三元前驱体粉末真空烘干温度为60-100℃。

6.根据权利要求3所述的一种钠掺杂超高镍三元锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述煅烧500℃保温5h，然后700℃保温14h。

7.根据权利要求2所述的一种钠掺杂超高镍三元锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述锂盐为lioh·h2o，所述钠盐为氢氧化钠、碳酸钠或氯化钠。

8.根据权利要求2所述的锌掺杂三元材料前驱体的制备方法，其特征在于，步骤2中研磨后过筛，筛子的目数为300目。

9.基于权利要求1所述的制备方法制备得到的钠掺杂超高镍三元锂离子电池正极材料在制备离子电池上的应用。

技术总结
本发明公开了一种钠掺杂超高镍三元锂离子电池正极材料及其制备方法与应用。本发明的钠掺杂超高镍三元正极材料的化学通式为Li<subgt;1‑</subgt;<subgt;x</subgt;Na<subgt;x</subgt;Ni<subgt;0.90</subgt;Co<subgt;0.05</subgt;Mn<subgt;0.05</subgt;O<subgt;2</subgt;，其中0.008≤x≤0.100。制备方法，包括如下步骤：将三元前驱体与锂盐以及钠盐均匀混合，将其置于通氧管式炉中分段烧结，先在500℃保温5 h，然后700℃‑750℃保温14 h，随炉冷却至室温，将烧结后产物研磨筛分后，得到钠掺杂超高镍三元锂离子电池正极材料。本发明正极材料粒度均匀，结晶度高，具有比容量高，循环性能好等优点。

技术研发人员：申来法,杨婕妤,毛贵洪,夏奕阳,周杨杰,李承儒
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/7