一种Y掺杂高镍钴锰酸锂复合正极材料的制备方法与流程

本发明涉及锂离子动力电池正极材料技术领域。具体是一种y掺杂高镍钴锰酸锂复合正极材料的制备方法。

背景技术：

高镍钴锰酸锂三元锂离子电池正极材料由于具有低的成本，毒性低，较高的能量密度被广泛应用于hev和phev新能源汽车领域。但由于其严重的锂镍混排等问题，造成高镍三元正极材料存在严重的安全问题，限制其商业化发展。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种y掺杂高镍钴锰酸锂复合正极材料的制备方法，其循环使用寿命长，且安全性能高。

本发明的技术方案为：

一种y掺杂高镍钴锰酸锂复合正极材料的制备方法，具体包括有以下步骤：

（1）、将锂源和钇源溶于去离子水或乙醇溶剂中，然后称取镍钴锰前驱体加入去离子水或乙醇溶剂中，最后搅拌混合均匀后蒸发至凝胶状，干燥得到混合物；

（2）、将步骤（1）得到的混合物进行一次煅烧，研磨均匀后进行二次煅烧，降至常温后研磨过筛得到含y掺杂的基体材料；

（3）、将基体材料、锰酸锂及粘结剂按照重量百分比均匀混合得混合物，锰酸锂占混合物的重量百分比为0.1-40％，粘结剂占混合物的重量百分比为0.1-10％；

（4）、将步骤（3）得到的混合物在空气或氧气气氛下进行分段烧结，然后自然冷却、研磨过筛后，得到y掺杂高镍钴锰酸锂复合正极材料linixcoymn1-x-yo2，其中0.8≤x＜1，0＜y≤0.2，0＜x+y＜1。

所述的锂源选用氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂、醋酸锂、氯化锂、氟化锂、磷酸锂、磷酸氢锂和磷酸二氢锂中的一种或多种的混合物；所述的锂源中li的摩尔量与镍钴锰前驱体中镍、钴和锰摩尔总量的比值为1.0-1.1：1。

所述的钇源选用硝酸钇、氧化钇、乙酸钇中的一种或多种的混合物，钇源中y的摩尔量为镍钴锰前驱体中镍、钴和锰摩尔总量的0.001-0.1％。

所述的镍钴锰前驱体选用(nixcoymn1-x-y)(oh)2、(nixcoymn1-x-y)co3和(nixcoymn1-x-y)c2o4中的一种，其中0.8≤x＜1，0＜y≤0.2，0＜x+y＜1。

所述的步骤（3）中的粘结剂选用聚偏氟乙烯。

所述的步骤（2）中的一次煅烧是以3-5℃/min升温速率加热至300-700℃保温3-8h，步骤（2）中的二次煅烧是以3-5℃/min的升温速率加热至700-1000℃保温10-16h。

所述的步骤（4）中的混合物在空气或氧气气氛下进行分段烧结的具体步骤为：先升温至400-600℃下恒温处理5-7h，再升温到600-1000℃下恒温处理10-14h。

本发明的优点：

本发明在镍钴锰前驱体中掺入y3+和锂源，反应得到改善后的高镍钴锰酸锂正极材料，将改善后的高镍钴锰酸锂正极材料加入锰酸锂后高温煅烧，得到最终的y掺杂高镍钴锰酸锂复合正极材料，由于y3+与ni3+的价态，掺入的y3+可以进入到金属ni3+位，并且y3+为电化学惰性，在充放电过程中价态不改变，因此不会使材料发生体积变化，导致晶体结构崩塌，可以起到稳定晶体结构、提高材料循环寿命及安全性能的作用；将改善后的高镍钴锰酸锂正极材料加入锰酸锂，高温熔合，锰酸锂正极材料在循环过程中起到了支撑高镍钴锰酸锂正极材料骨架的作用，大大提高了正极材料的安全性能。综上所述，本发明制备得到的y掺杂高镍钴锰酸锂复合正极材料具有循环使用寿命长，且安全性能高。

附图说明

图1是本发明实施例1中制备的y掺杂的lini0.8co0.1mn0.1o2复合正极材料与未进行改性的lini0.8co0.1mn0.1o2正极材料的循环性能对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种y掺杂高镍钴锰酸锂复合正极材料的制备方法，具体包括有以下步骤：

（1）、将硝酸钇和氢氧化锂加入到乙醇溶剂中，然后称取100gni0.8co0.1mn0.1(oh)2加入到乙醇溶剂中，最后搅拌混合均匀后蒸发至凝胶状，干燥得到混合物；其中，硝酸钇中y的摩尔量为镍钴锰前驱体中镍、钴和锰摩尔总量的0.1％，氢氧化锂中li的摩尔量与ni0.8co0.1mn0.1(oh)2中镍、钴和锰摩尔总量的比值为1.05:1；

（2）、将步骤（1）得到的混合物在氧气氛围下，以5℃/min的升温速率加热至480℃，并在此温度下保温5h，然后研磨均匀后再以5℃/min的升温速率加热至900℃，在此温度下保温10h，最后降至常温后研磨过筛，得到含y掺杂的基体材料；

（3）、将90g基体材料、10g锰酸锂及1g聚偏氟乙烯采用球磨机混合均匀得到混合物；

（4）、将步骤（3）得到的混合物放入马弗炉中，在空气气氛下进行烧结，先升温至500℃下恒温处理6h，再升温到800℃下恒温处理12h，然后自然冷却、研磨过筛后，得到y掺杂的lini0.8co0.1mn0.1o2复合正极材料。

实施例2

一种y掺杂高镍钴锰酸锂复合正极材料的制备方法，具体包括有以下步骤：

（1）、将氧化钇和氢氧化锂加入到乙醇溶剂中，然后称取100gni0.8co0.1mn0.1co3加入到乙醇溶剂中，最后搅拌混合均匀后蒸发至凝胶状，干燥得到混合物；其中，氧化钇中y的摩尔量为镍钴锰前驱体中镍、钴和锰摩尔总量的0.1％，氢氧化锂中li的摩尔量与ni0.8co0.1mn0.1(oh)2中镍、钴和锰摩尔总量的比值为1.05:1；

（2）、将步骤（1）得到的混合物在氧气氛围下，以5℃/min的升温速率加热至450℃，并在此温度下保温6h，然后研磨均匀后再以5℃/min的升温速率加热至800℃，在此温度下保温10h，最后降至常温后研磨过筛，得到含y掺杂的基体材料；

（3）、将90g基体材料、10g锰酸锂及1g聚偏氟乙烯采用球磨机混合均匀得到混合物；

（4）、将步骤（3）得到的混合物放入马弗炉中，在空气气氛下进行烧结，先升温至500℃下恒温处理6h，再升温到800℃下恒温处理12h，然后自然冷却、研磨过筛后，得到y掺杂的lini0.8co0.1mn0.1o2复合正极材料。

实施例3

一种y掺杂高镍钴锰酸锂复合正极材料的制备方法，具体包括有以下步骤：

（1）、将乙酸钇和氢氧化锂加入到乙醇溶剂中，然后称取100gni0.8co0.1mn0.1c2o4加入到乙醇溶剂中，最后搅拌混合均匀后蒸发至凝胶状，干燥得到混合物；其中，乙酸钇中y的摩尔量为镍钴锰前驱体中镍、钴和锰摩尔总量的0.1％，氢氧化锂中li的摩尔量与ni0.8co0.1mn0.1(oh)2中镍、钴和锰摩尔总量的比值为1.05:1；

（2）、将步骤（1）得到的混合物在氧气氛围下，以5℃/min的升温速率加热至450℃，并在此温度下保温6h，然后研磨均匀后再以5℃/min的升温速率加热至800℃，在此温度下保温10h，最后降至常温后研磨过筛，得到含y掺杂的基体材料；

（3）、将99g基体材料、1g锰酸锂及1g聚偏氟乙烯采用球磨机混合均匀得到混合物；

（4）、将步骤（3）得到的混合物放入马弗炉中，在空气气氛下进行烧结，先升温至500℃下恒温处理6h，再升温到800℃下恒温处理12h，然后自然冷却、研磨过筛后，得到y掺杂的lini0.8co0.1mn0.1o2复合正极材料。

将实施例1制备得到的y掺杂的lini0.8co0.1mn0.1o2复合正极材料与未进行改性的lini0.8co0.1mn0.1o2正极材料相比，循环性能从89.5%提高至91.8%，经过长期循环后，y掺杂的lini0.8co0.1mn0.1o2复合正极材料表现出优异的循环性能。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。