一种Sb-NCM正极材料及其制备方法

本发明涉及电极材料，尤其涉及一种sb-ncm正极材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着全球能源结构性转型和环保意识增强，市场对锂离子电池的需求越来越高。近年来，锂电池技术在能量密度、快充技术、固态电池技术和电池管理系统等方面取得了显著进展。

2、由于市场对高性能和强竞争力的锂电池需求不断增加，正极材料作为锂电池的核心部件之一，其研发突破备受关注。近年来，高镍层状氧化物因其高能量密度而备受关注，但其在高电压循环、快速充放电以及低温条件下的性能不稳定性，显著限制了其商业化应用的潜力。高镍材料在高压下易发生不可逆结构相变，氧释放问题进一步加速材料降解，从而导致高电压下的电解质副反应和sei膜问题乃至引发一系列安全性问题，致使循环性能较短、安全性大幅度降低。同时，低温下锂离子受界面阻抗增加导致迁移受阻，导致充放电效率下降，倍率性能较差。因此，提供一种sb-ncm正极材料及其制备方法，解决高镍层状氧化物正极材料的结构不稳定性是十分必要的。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种sb-ncm正极材料及其制备方法，以解决现有高镍层状氧化物正极材料在高电压循环及快速充放电条件下稳定性差的问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种sb-ncm正极材料，所述sb-ncm正极材料的化学式为li[nixmnycozsbt]o2，其中，x≥0.8，y≤0.1，z≤0.1，t≤0.1且y+z+t≤0.2。

4、优选的，所述sb-ncm正极材料的化学式为li[ni0.895mn0.05co0.05sb0.005]o2。

5、本发明的另一目的是提供一种sb-ncm正极材料的制备方法，包括如下步骤：

6、1）将镍盐、锰盐和钴盐溶解，得到混合溶液，将混合溶液与碱性溶液混合，进行反应，得到氢氧化物沉淀；

7、2）将步骤1）得到的氢氧化物沉淀进行初步煅烧，得到中间产物；

8、3）将中间产物与锂源、锑源混合，进行再次煅烧，得到sb-ncm正极材料；

9、其中，镍盐、锰盐、钴盐和锑源的摩尔比为x+t：y：z：t。

10、优选的，步骤1）中所述反应的温度为35~40℃，反应的时间为0.5~2h，反应的ph值为8.5~9.5。

11、优选的，所述镍盐包括硝酸镍、氯化镍和硫酸镍中的一种或几种；

12、所述锰盐包括硝酸锰、氯化锰和硫酸锰中的一种或几种；

13、所述钴盐包括硝酸钴、氯化钴和硫酸钴中的一种或几种。

14、优选的，步骤1）中所述反应在超声条件下进行，所述超声的频率为20~100khz。

15、优选的，步骤2）中所述初步煅烧的温度为300~500℃，初步煅烧的时间为60~120min。

16、优选的，步骤3）中所述再次煅烧包括顺次进行的第一段煅烧和第二段煅烧；

17、第一段煅烧的煅烧温度为450~570℃，煅烧时间为200~300min；

18、第二段煅烧的煅烧温度为750~870℃，煅烧时间为1000~1400min；

19、第一段煅烧和第二段煅烧的煅烧气氛独立的为氧气气氛。

20、优选的，步骤3）中所述锂源包括碳酸锂、氢氧化锂、硫酸锂和硝酸锂中的一种或几种；

21、所述锑源包括五氧化二锑和/或锑酸钠。

22、本发明在不牺牲能量密度的前提下使用sb5+对li[ni0.9co0.05mn0.05]o2(ncm90)正极材料进行掺杂，其中sb5+占取ni2+基底晶格点位，优化了正极材料在高电压、快速充放电及低温条件下的性能，显著改善了降解问题，提升了循环寿命、倍率性能和安全性。

23、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

24、1. 提升结构稳定性，减少相变

25、高镍材料在高电压下易发生不可逆的相变（如从层状相转变为岩盐相或尖晶石相），导致锂离子扩散通道受阻，容量迅速衰减。sb5+的掺杂通过占据部分镍位点，减少镍的高氧化态比例，稳定了晶格结构，从而显著抑制材料的相变。材料的结构在高压下得以保持稳定，减少了不可逆相变的发生，进而延长了电池的循环寿命。

26、2. 抑制氧气释放，增强电池安全性

27、高镍材料中的ni4+在高电压下容易引发氧气释放，进而与电解液发生反应，导致电池降解，并可能引发热失控。sb5+的掺杂能够减少氧化应力，降低氧气释放倾向，从而防止电池内部产生过多的副反应。电池的热稳定性增强，减少了氧气释放引发的电池故障和安全隐患，提高了电池在高电压和高温条件下的安全性。

28、3. 减少电解液副反应，改善界面稳定性

29、在高压循环中，高镍材料容易与电解液发生副反应，过度生成厚而不稳定的固态电解质界面（sei膜），导致阻抗增大，电池性能下降。掺入sb5+能够在材料表面形成更稳定的化学环境，减少与电解液的反应，从而优化电极-电解液界面。界面稳定性提升，sei膜的生长被抑制，电池的内阻减少，进而提高电池的长循环性能和效率。

30、4. 改善低温性能，提升低温下的充放电效率

31、高镍材料在低温下表现出较差的电化学性能，主要体现在锂离子迁移速率显著下降，电池容量减小。sb5+的掺杂稳定了晶格结构，优化了锂离子通道，降低了低温条件下的阻抗，使得锂离子在低温下仍能有效迁移。在低温条件下，电池的充放电性能得到显著改善，容量衰减速率减缓，特别适合在寒冷环境下使用。

32、5. 提升倍率性能，适用于高功率应用

33、高镍材料在高倍率充放电时，容易出现锂离子扩散阻塞或电子传导效率降低的问题。sb5+的掺杂能够减少材料在快速充放电时的结构坍塌，提高锂离子的扩散速率，并减少高电流条件下的阻抗。电池在高倍率充放电下的容量保持率提升，能够承受快速充电和大功率输出的需求，非常适合应用于电动汽车等高功率设备。

34、6. 延长循环寿命，减少容量衰减

35、高镍材料在长时间循环使用中容易出现结构应力积累和微裂纹，导致电池容量快速衰减。掺入sb5+后，通过优化材料的机械稳定性，减少了充放电过程中应力的集中和微裂纹的形成，增强了颗粒间的结构完整性。材料在长循环使用中表现出更优的结构稳定性，容量衰减减缓，显著延长了电池的使用寿命。

36、本发明通过sb5+掺杂技术，有效解决了高镍正极材料在结构稳定性、氧气释放、界面反应、低温性能、倍率性能以及循环寿命等方面的不足。通过增强材料的物理和化学稳定性，显著提高了电池的综合性能，特别是在充电停滞、高电压、高倍率和低温条件下的表现。

技术特征：

1.一种sb-ncm正极材料，其特征在于，所述sb-ncm正极材料的化学式为li[nixmnycozsbt]o2，其中，x≥0.8，y≤0.1，z≤0.1，t≤0.1且y+z+t≤0.2。

2.根据权利要求1所述的一种sb-ncm正极材料，其特征在于，所述sb-ncm正极材料的化学式为li[ni0.895mn0.05co0.05sb0.005]o2。

3.权利要求1~2任一项所述一种sb-ncm正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种sb-ncm正极材料的制备方法，其特征在于，步骤1）中所述反应的温度为35~40℃，反应的时间为0.5~2h，反应的ph值为8.5~9.5。

5.根据权利要求3或4所述的一种sb-ncm正极材料的制备方法，其特征在于，所述镍盐包括硝酸镍、氯化镍和硫酸镍中的一种或几种；

6.根据权利要求5所述的一种sb-ncm正极材料的制备方法，其特征在于，步骤1）中所述反应在超声条件下进行，所述超声的频率为20~100khz。

7.根据权利要求6所述的一种sb-ncm正极材料的制备方法，其特征在于，步骤2）中所述初步煅烧的温度为300~500℃，初步煅烧的时间为60~120min。

8.根据权利要求6或7所述的一种sb-ncm正极材料的制备方法，其特征在于，步骤3）中所述再次煅烧包括顺次进行的第一段煅烧和第二段煅烧；

9.根据权利要求8所述的一种sb-ncm正极材料的制备方法，其特征在于，步骤3）中所述锂源包括碳酸锂、氢氧化锂、硫酸锂和硝酸锂中的一种或几种；

技术总结本发明属于电极材料技术领域，具体公开了一种Sb‑NCM正极材料及其制备方法。本发明所述Sb‑NCM正极材料化学式为Li[Ni<subgt;x</subgt;Mn<subgt;y</subgt;Co<subgt;z</subgt;Sb<subgt;t</subgt;]O<subgt;2</subgt;，其中，x≥0.8，y≤0.1，z≤0.1，t≤0.1，且y+z+t≤0.2。本发明先将镍盐、锰盐和钴盐溶解，得到混合溶液，再与碱性溶液混合，进行反应，得到氢氧化物沉淀；然后将氢氧化物沉淀进行初步煅烧，得到中间产物；最后将中间产物与锂源、锑源混合，进行再次煅烧，得到Sb‑NCM正极材料。本发明避免了传统高镍层状氧化物在高电压循环及快速充放电条件下的结构不稳定性的问题，提升了正极材料的稳定性、比容量、过充比容量保持率等。技术研发人员：黄宇嘉,王青春,何华,尝丰原,娄明,李文涛,崇俊葆,时彦蕊,薛雪冰,吉丽娜,李佐建,王一喆受保护的技术使用者：内蒙古科技大学技术研发日：技术公布日：2025/1/13