本發(fā)明屬于鋰離子電池，具體涉及一種三元正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、發(fā)展新能源汽車是我國(guó)尋求新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的有力舉措，更重要的是，新能源汽車符合當(dāng)今綠色出行大趨勢(shì)，有助于國(guó)際社會(huì)努力實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。其中，汽車的續(xù)航里程是一項(xiàng)其能否快速?gòu)V泛普及的重要因素，而這很大程度上取決于鋰離子電池正極材料能量密度的高低；近年來(lái)，鎳鈷錳三元正極材料由于兼具高容量和高電壓等優(yōu)點(diǎn)，受到眾多車企的青睞，并成為現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)界的開發(fā)重點(diǎn)。然而，鎳鈷錳三元材料卻普遍存在一些問題亟需解決。第一：三元材料具有較高的電壓和儲(chǔ)能能力，容易在循環(huán)充放電中發(fā)生結(jié)構(gòu)演變，導(dǎo)致容量的快速退化；第二：三元鋰電池在高溫下容易退化和失效以及在低溫下的功率性能仍需進(jìn)一步優(yōu)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種高性能三元正極材料，該材料具有良好的電子導(dǎo)電性以及可有效地抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)，同時(shí)通過(guò)摻雜改性增強(qiáng)材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而提高了三元鋰離子電池的低溫功率、高溫存儲(chǔ)以及循環(huán)性能。

2、本發(fā)明所提供的三元正極材料，包括位于內(nèi)部核心的鋯、鋁雙摻雜的三元正極材料以及由里到外依次包覆在所述鋯、鋁雙摻雜的三元正極材料表面的cqds包覆層和納米caco3包覆層。

3、采用鋯、鋁對(duì)三元材料進(jìn)行體相摻雜以增強(qiáng)材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，cqds包覆層具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，能夠提高電子和鋰離子的傳輸效率，從而提升三元電芯的低溫功率性能；納米caco3包覆層能夠穩(wěn)定三元材料的晶體結(jié)構(gòu)，同時(shí)納米caco3能夠持續(xù)吸附電解液的副產(chǎn)物hf，高溫下抑制電解液的酸化，避免酸性引起的鋰枝晶生長(zhǎng)，從而提升三元鋰離子電池的高溫存儲(chǔ)及循環(huán)性能。

4、其中，所述鋯、鋁雙摻雜的三元正極材料中三元正極材料的分子式為lini0.7co0.1mn0.2o2；

5、所述cqds包覆層的質(zhì)量為鋯、鋁雙摻雜的三元正極材料的質(zhì)量的0.01%-0.05%、納米caco3包覆層的質(zhì)量為鋯、鋁雙摻雜的三元正極材料的質(zhì)量的0.05%-0.15%。

6、上述三元正極材料通過(guò)包括如下步驟的方法制備得到：

7、1）制備鋯、鋁雙摻雜的三元正極材料：將三元前驅(qū)體與碳酸鋰、鋯源以及鋁源進(jìn)行混合，而后將混合后的物料氧氣氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)完成后進(jìn)行破碎，得到鋯、鋁雙摻雜的三元正極材料；

8、2）制備cqds包覆層：將步驟1）制得的鋯、鋁雙摻雜的三元正極材料與乙二醇(ch2oh)2按質(zhì)量比混合后連續(xù)攪拌，將所得溶液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，加熱，保溫，得到表面包覆cqds的三元正極材料；

9、3）制備納米caco3包覆層：將步驟2）制得的產(chǎn)物與納米caco3均勻混合后，在氧氣氣氛中對(duì)混合物料進(jìn)行燒結(jié)處理，得到具有雙摻雜和雙包覆結(jié)構(gòu)的三元正極材料。

10、上述方法步驟1）中，所述三元前驅(qū)體的分子式為：ni0.7co0.1mn0.2(oh)2；

11、所述鋯源可為氧化鋯、氫氧化鋯中至少一種；

12、所述鋁源可為氧化氧化鋁、氫氧化氧中至少一種

13、所述鋯元素的添加量占三元前驅(qū)體質(zhì)量的0.1%-0.3%；

14、所述鋁元素的添加量占三元前驅(qū)體質(zhì)量的0.05%-0.15%；

15、三元前驅(qū)體中金屬總摩爾數(shù)與碳酸鋰中l(wèi)i的摩爾數(shù)之比為1:1.02-1.069；

16、所述燒結(jié)條件為900-930℃，時(shí)間為10-20h；

17、燒結(jié)過(guò)程中通入純度為95％以上的氧氣；

18、上述方法步驟2）中，所述乙二醇(ch2oh)2與步驟1）制得的鋯、鋁雙摻雜的三元正極材料的質(zhì)量比可為：1:2-6；

19、所述連續(xù)攪拌的時(shí)間可為1-3h；

20、加熱的溫度可為160-240℃，保溫時(shí)間可為4-6h；

21、步驟2）還包括保溫后將反應(yīng)體系冷卻至室溫后離心、洗滌，將沉淀物真空干燥的操作，其中，所述真空干燥的溫度可為100-120℃，時(shí)間可為4-8h。

22、上述方法步驟3）中，所述納米caco3的添加量為步驟2）制得的三元正極材料質(zhì)量的0.05-0.15%；

23、所述燒結(jié)的溫度為600-700℃，時(shí)間為4-6h；

24、步驟3）還包括對(duì)燒結(jié)后產(chǎn)物破碎、過(guò)篩、除磁得到最終產(chǎn)物的操作。

25、上述三元正極材料在鋰離子電池中的應(yīng)用也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

26、本發(fā)明還提供一種鋰離子電池，所述鋰離子電池的正極由上述三元正極材料制得。

27、本發(fā)明還提供一種用電設(shè)備，所述用電設(shè)備含有上述鋰離子電池。

28、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

29、本發(fā)明所制備的具有雙摻雜和雙包覆結(jié)構(gòu)的三元正極材料具有優(yōu)異的低溫功率性能，同時(shí)具有良好的高溫存儲(chǔ)及循環(huán)性能。

技術(shù)特征：

1.一種三元正極材料，其特征在于，所述三元正極材料包括位于內(nèi)部核心的鋯、鋁雙摻雜的三元正極材料以及由里到外依次包覆在所述鋯、鋁雙摻雜的三元正極材料表面的cqds包覆層和納米caco3包覆層。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三元正極材料，其特征在于，所述cqds包覆層的質(zhì)量為鋯、鋁雙摻雜的三元正極材料的質(zhì)量的0.01%-0.05%、納米caco3包覆層的質(zhì)量為鋯、鋁雙摻雜的三元正極材料的質(zhì)量的0.05%-0.15%。

3.制備權(quán)利要求1或2所述的三元正極材料的方法，包括如下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟1）中，所述三元前驅(qū)體的分子式為：ni0.7co0.1mn0.2(oh)2；

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟1）中，所述燒結(jié)條件為900-930℃，時(shí)間為10-20h；

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟2）中，所述乙二醇(ch2oh)2與步驟1）制得的鋯、鋁雙摻雜的三元正極材料的質(zhì)量比為：1:2-6；

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟3）中，所述納米caco3的添加量為步驟2）制得的三元正極材料質(zhì)量的0.05-0.15%；

8.權(quán)利要求1或2所述的三元正極材料在鋰離子電池中的應(yīng)用。

9.一種鋰離子電池，所述鋰離子電池的正極由權(quán)利要求1或2所述的三元正極材料制得。

10.一種用電設(shè)備，含有權(quán)利要求9所述的鋰離子電池。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種三元正極材料及其制備方法，屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。通過(guò)混合燒結(jié)的方法得到鋯、鋁雙摻雜的三元正極材料，再采用溶劑熱法在三元材料的表面原位生長(zhǎng)出CQDs，最后將表面包覆碳量子點(diǎn)的三元材料外再包覆一層納米CaCO<subgt;3</subgt;，得到一種摻雜包覆結(jié)構(gòu)的三元正極材料。本發(fā)明所制備的三元正極材料具有良好的電子導(dǎo)電性，能夠有效地抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)，同時(shí)通過(guò)摻雜改性可增強(qiáng)材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而提高了三元鋰離子電池的低溫功率、高溫存儲(chǔ)以及循環(huán)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：汪宇,高玉仙,陳方,龍君君
受保護(hù)的技術(shù)使用者：合肥國(guó)軒高科動(dòng)力能源有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9