一种利用铝钾元素共掺杂协同改善电极材料性能的方法

本发明涉及锂离子电池正极材料，具体涉及一种利用铝/钾元素共掺杂协同改善电极材料性能的方法。

背景技术：

1、随着新能源技术的日益发展，人们对以锂离子电池为驱动力的电动汽车需求日益增加。一方面，目前动力电池占据了新能源汽车成本较大占比，如果在动力电池反复充放电过程中其电化学性能不能维持稳定，那么频繁更换电池会给消费者带来很大负担；另一方面，随着人们生活节奏的加快，电动汽车的充电时间也是人们非常关注的重点，有效提高动力电池的快充快放性能也是未来努力的方向之一。由此可见，提高动力电池的循环性能、快充快放性能(倍率性能)是当下迫切的需求。

2、富锂锰基正极材料作为一种高容量、高工作电压的电极材料，未来可能是高能量密度动力电池正极材料的候选人之一。然而由于不可氧损失、结构相变等问题存在，富锂锰基正极材料的循环性能以及倍率性能不佳。为了迎合未来动力电池市场需要，通过有效策略改善其循环性能与倍率性能是当下电极材料改性的重点之一。

3、常见改善富锂锰基正极材料循环性能策略为包覆策略，通常采用耐腐蚀包覆层包覆在正极材料表面以阻碍电解液对其侵蚀；而常见改善富锂锰基正极材料倍率性能的方法为通过导电性优异的碳材料进行复合，例如碳纳米管、石墨烯等。由此可见，对于未改性正极材料，欲同时改善其循环性能与倍率性能，需要对电极材料进行多步改性策略的叠加(包覆策略+碳材料复合)，这容易进一步增加生产成本。开发出高效简便的一步法改性策略以同时有效改善富锂锰基正极材料的电化学性能是当下迫切需要的。

技术实现思路

1、为了高效简便同时改善正极材料循环性能与倍率性能，本发明提供了一种利用铝/钾元素共掺杂协同改善电极材料性能的方法。

2、实现本发明的目的的技术解决方案是：一种利用铝/钾元素共掺杂协同改善电极材料性能的方法，包括以下步骤：

3、(1)将富锂锰基正极材料前驱体、碳酸锂、氢氧化钾和氢氧化铝混合研磨均匀；

4、(2)将所得前驱体混合物先在500±20℃保温煅烧6小时后再升温至850±20保温煅烧14小时，以制得富锂锰基正极材料。

5、较佳的，富锂锰基正极材料前驱体为mn0.54co0.13ni0.13co3。

6、较佳的，富锂锰基正极材料前驱体与碳酸锂的质量比为1：0.4387。

7、较佳的，氢氧化钾与碳酸锂的摩尔比为3％，即n(k):n(li)＝1.5％。

8、较佳的，氢氧化铝与碳酸锂的摩尔比为3％，即n(al):n(li)＝1.5％。

9、较佳的，升温速率和降温速率均为5℃/min。

10、与现有技术相比，本发明的积极效果是：

11、(1)本发明通过一步法铝/钾协同共掺杂高效同时改善了富锂锰基正极材料的循环性能与倍率性能,其中铝离子通过稳定晶格氧进而有助于改善电极材料的循环性能，钾离子通过拓宽层间距进而有助于改善电极材料的倍率性能；

12、(2)本发明改性过程简便高效，降低了生产成本，实现了多重电化学性能提升。

技术特征：

1.一种利用铝/钾元素共掺杂协同改善电极材料性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，富锂锰基正极材料前驱体为mn0.54co0.13ni0.13co3。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，富锂锰基正极材料前驱体与碳酸锂的质量比为1：0.4387。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，氢氧化钾与碳酸锂的摩尔比为3%，即n(k): n(li)=1.5%。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，氢氧化铝与碳酸锂的摩尔比为3%，即n(al):n(li)=1.5%。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，升温速率和降温速率均为5℃/min。

技术总结
本发明公开了一种利用铝/钾元素共掺杂协同改善电极材料性能的方法，包括以下步骤：在富锂锰基正极材料前驱体与碳酸锂研磨混合时加入氢氧化铝、氢氧化钾，随后经过高温煅烧以制得富锂锰基正极材料。本发明利用铝/钾共掺杂协同作用，发挥两掺杂元素各自优势，同时有效提升了电极材料的循环性能与倍率性能。

技术研发人员：卑凤利,郑子豪,马志远,陶学林,于翰棋,惠腾
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5