本發(fā)明涉及鋰離子電池正極材料，具體涉及一種利用鋁/鉀元素共摻雜協(xié)同改善電極材料性能的方法。

背景技術(shù)：

1、隨著新能源技術(shù)的日益發(fā)展，人們對以鋰離子電池為驅(qū)動力的電動汽車需求日益增加。一方面，目前動力電池占據(jù)了新能源汽車成本較大占比，如果在動力電池反復(fù)充放電過程中其電化學(xué)性能不能維持穩(wěn)定，那么頻繁更換電池會給消費者帶來很大負(fù)擔(dān)；另一方面，隨著人們生活節(jié)奏的加快，電動汽車的充電時間也是人們非常關(guān)注的重點，有效提高動力電池的快充快放性能也是未來努力的方向之一。由此可見，提高動力電池的循環(huán)性能、快充快放性能(倍率性能)是當(dāng)下迫切的需求。

2、富鋰錳基正極材料作為一種高容量、高工作電壓的電極材料，未來可能是高能量密度動力電池正極材料的候選人之一。然而由于不可氧損失、結(jié)構(gòu)相變等問題存在，富鋰錳基正極材料的循環(huán)性能以及倍率性能不佳。為了迎合未來動力電池市場需要，通過有效策略改善其循環(huán)性能與倍率性能是當(dāng)下電極材料改性的重點之一。

3、常見改善富鋰錳基正極材料循環(huán)性能策略為包覆策略，通常采用耐腐蝕包覆層包覆在正極材料表面以阻礙電解液對其侵蝕；而常見改善富鋰錳基正極材料倍率性能的方法為通過導(dǎo)電性優(yōu)異的碳材料進行復(fù)合，例如碳納米管、石墨烯等。由此可見，對于未改性正極材料，欲同時改善其循環(huán)性能與倍率性能，需要對電極材料進行多步改性策略的疊加(包覆策略+碳材料復(fù)合)，這容易進一步增加生產(chǎn)成本。開發(fā)出高效簡便的一步法改性策略以同時有效改善富鋰錳基正極材料的電化學(xué)性能是當(dāng)下迫切需要的。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了高效簡便同時改善正極材料循環(huán)性能與倍率性能，本發(fā)明提供了一種利用鋁/鉀元素共摻雜協(xié)同改善電極材料性能的方法。

2、實現(xiàn)本發(fā)明的目的的技術(shù)解決方案是：一種利用鋁/鉀元素共摻雜協(xié)同改善電極材料性能的方法，包括以下步驟：

3、(1)將富鋰錳基正極材料前驅(qū)體、碳酸鋰、氫氧化鉀和氫氧化鋁混合研磨均勻；

4、(2)將所得前驅(qū)體混合物先在500±20℃保溫煅燒6小時后再升溫至850±20保溫煅燒14小時，以制得富鋰錳基正極材料。

5、較佳的，富鋰錳基正極材料前驅(qū)體為mn0.54co0.13ni0.13co3。

6、較佳的，富鋰錳基正極材料前驅(qū)體與碳酸鋰的質(zhì)量比為1：0.4387。

7、較佳的，氫氧化鉀與碳酸鋰的摩爾比為3％，即n(k):n(li)＝1.5％。

8、較佳的，氫氧化鋁與碳酸鋰的摩爾比為3％，即n(al):n(li)＝1.5％。

9、較佳的，升溫速率和降溫速率均為5℃/min。

10、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是：

11、(1)本發(fā)明通過一步法鋁/鉀協(xié)同共摻雜高效同時改善了富鋰錳基正極材料的循環(huán)性能與倍率性能,其中鋁離子通過穩(wěn)定晶格氧進而有助于改善電極材料的循環(huán)性能，鉀離子通過拓寬層間距進而有助于改善電極材料的倍率性能；

12、(2)本發(fā)明改性過程簡便高效，降低了生產(chǎn)成本，實現(xiàn)了多重電化學(xué)性能提升。

技術(shù)特征：

1.一種利用鋁/鉀元素共摻雜協(xié)同改善電極材料性能的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，富鋰錳基正極材料前驅(qū)體為mn0.54co0.13ni0.13co3。

3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，富鋰錳基正極材料前驅(qū)體與碳酸鋰的質(zhì)量比為1：0.4387。

4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，氫氧化鉀與碳酸鋰的摩爾比為3%，即n(k):?n(li)=1.5%。

5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，氫氧化鋁與碳酸鋰的摩爾比為3%，即n(al):n(li)=1.5%。

6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，升溫速率和降溫速率均為5℃/min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種利用鋁/鉀元素共摻雜協(xié)同改善電極材料性能的方法，包括以下步驟：在富鋰錳基正極材料前驅(qū)體與碳酸鋰研磨混合時加入氫氧化鋁、氫氧化鉀，隨后經(jīng)過高溫煅燒以制得富鋰錳基正極材料。本發(fā)明利用鋁/鉀共摻雜協(xié)同作用，發(fā)揮兩摻雜元素各自優(yōu)勢，同時有效提升了電極材料的循環(huán)性能與倍率性能。

技術(shù)研發(fā)人員：卑鳳利,鄭子豪,馬志遠(yuǎn),陶學(xué)林,于翰棋,惠騰
受保護的技術(shù)使用者：南京理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/5