【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂电池领域，具体地，本专利技术涉及一种多位点掺杂正极材料及其制备方法。
技术介绍
1、正极材料作为锂离子电池的四大核心材料之一，是锂离子电池电化学性能的决定性因素。其中，富镍三元正极材料linixcoymn1-x-yo2(ncm,x≥0.6)因其较高的比容量和卓越的倍率性能等优点被广泛关注，被认为是下一代锂离子电池中最具有发展潜力的正极材料之一。然而，富镍三元正极材料存在的循环稳定性差、热稳定性差以及安全性能低等缺点，限制了其在电动汽车和混合动力汽车等方面的大规模应用。例如：1、阳离子混排，ni2+和li+的离子半径相近，在高温煅烧及循环过程中会占据锂离子空位，进而引发晶体结构改变，导致材料容量快速衰减；2、循环稳定性差。晶间裂纹是造成电极循环稳定性差的最主要原因，材料的h2→h3相变会造成晶间裂纹，并且随着ni含量的提升，裂纹更加明显；3、晶格氧脱出。晶格氧容易在高电压条件下被过度氧化为气态氧分子，氧分子的形成会导致严重的容量损失，富锂氧化物正极通常会遭受严重的晶格氧释放，造成严重的安全隐患；4、表面残碱。富镍三元材料易与空气中h2o和co2反应，在材料表面生成lioh和li2co3，与电解液中lipf6反应生成hf，腐蚀电极，而li2co3的存在以及ncm材料中逸出的氧原子与电解液反应会生成co2，降低电池安全性能。
2、因此，富镍三元正极材料ncm的研究对于完善当前锂离子电池体系有着重要的意义。随着材料制备方法的不断改进，富镍三元正极材料的电化学性能得到了显著的提高。
1、离子掺杂，表面包覆是一种广泛应用的手段。通过离子掺杂，稳定晶体结构，防止循环过程中的结构坍塌，从而实现改善阴极材料稳定性的目的，但需要筛选合适的掺杂剂。表面包覆可以有效隔绝电解液与电极材料的界面副反应，但包覆层的厚度以及包覆均匀性难以控制。本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种具使材料兼顾高容量，长循环，高电压稳定的离子掺杂技术。本专利技术的锂离子富镍层状氧化物通过多位点掺杂以及回火处理制备所得，具有高容量，长循环，高安全的优点。在前驱体和锂源的高温锂化过程中引入br、k作为掺杂元素，br掺杂可以在层状结构中大量激发氧相关的阴离子氧化还原行为，提升正极材料的容量，而且可以在高电压循环过程中有效抑制晶格氧的不可逆损失，保证其良好的循环稳定性和安全性，另外，在掺杂过程中，br+会将ni2+氧化为ni3+，避免ni2+岩盐相的形成。k具有较多的核外电子，可以产生影响更大的电磁场，k+和ni2+之间存在较大的电磁力，会提高ni2+向li空位的迁移壁垒，抑制li/ni混排和tm的溶解，提高晶体结构稳定性。同时k较大的离子半径，可以拓宽晶格间距，改善其反应动力学。最后通过高温回火处理，材料表面进行重熔再结晶，一方面可以进一步提高元素掺杂的均匀性，另外可以有效降低富镍材料的表面残碱。
2、在本专利技术的第一方面，本专利技术提出了一种正极材料。根据本专利技术的实施例，所述正极材料包括br、k作为掺杂元素。br掺杂可以在层状结构中大量激发氧相关的阴离子氧化还原行为，提升正极材料的容量，而且可以在高电压循环过程中有效抑制晶格氧的不可逆损失，保证其良好的循环稳定性和安全性。另外，在掺杂过程中，br+会将ni2+氧化为ni3+，避免ni2+岩盐相的形成。k具有较多的核外电子，可以产生影响更大的电磁场，k+和ni2+之间存在较大的电磁力，会提高ni2+向li空位的迁移壁垒，抑制li/ni混排和tm的溶解，提高晶体结构稳定性。同时k较大的离子半径，可以拓宽晶格间距，改善其反应动力学。最后通过高温回火处理，材料表面进行重熔再结晶，一方面可以进一步提高元素掺杂的均匀性，另外可以有效降低富镍材料的表面残碱。
3、根据本专利技术的实施例，所述正极材料还可以进一步包括如下附加技术特征至少之一：
4、根据本专利技术的实施例，所述掺杂元素是通过kbr提供的。
5、根据本专利技术的实施例，所述正极材料进一步包括氢氧化物前驱体和锂源。
6、根据本专利技术的实施例，所述氢氧化物前驱体为ni0.9co0.05mn0.05(oh)2。
7、根据本专利技术的实施例，所述锂源为lioh·h2o。
8、根据本专利技术的实施例，li元素与ni元素、co元素和mn元素的摩尔比为1.03：1。
9、根据本专利技术的实施例，所述kbr与所述氢氧化物前驱体和所述锂源混合物的质量比为0.1％。
10、在本专利技术的再一方面，本专利技术还提出了一种制备正极材料的方法。根据本专利技术的实施例，所述方法包括：
11、1)将氢氧化物前驱体、锂源以及kbr进行混合处理，得到混合物；
12、2)将所述混合物进行第一烧结处理，得到第一阶段锂电正极材料；
13、3)将所述第一阶段锂电正极材料进行第二烧结处理，得到所述正极材料。
14、根据本专利技术的实施例，上述方法还可以进一步包括如下附加技术特征至少之一：
15、根据本专利技术的实施例，所述氢氧化物前驱体为ni0.9co0.05mn0.05(oh)2。
16、根据本专利技术的实施例，所述锂源为lioh·h2o。
17、根据本专利技术的实施例，li元素与ni元素、co元素和mn元素的摩尔比为1.03：1。
18、根据本专利技术的实施例，所述kbr与所述氢氧化物前驱体和所述锂源混合物的质量比为0.1％。
19、根据本专利技术的实施例，所述混合处理是在高速混料机中进行的。
20、根据本专利技术的实施例，所述混料机转速为500r/min。
21、根据本专利技术的实施例，所述混料时间为30min。
22、根据本专利技术的实施例，所述第一烧结处理是以3℃/min的升温速率，升温至730℃，保温15h进行的。
23、根据本专利技术的实施例，所述第一烧结处理后进一步包括将第一烧结处理的产物进行冷却至室温处理。
24、根据本专利技术的实施例，所述第二烧结处理是以3℃/min的升温速率，升温至650℃，保温10h进行的。
25、在本专利技术的再一方面，本专利技术还提出了一种电池。根据本专利技术的实施例，所述电池包含前面所述的正极材料或根据前面所述的方法获得的正极材料。
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1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料包括Br、K作为掺杂元素。
2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述掺杂元素是通过KBr提供的。
3.根据权利要求2所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料进一步包括氢氧化物前驱体和锂源。
4.根据权利要求3所述的正极材料，其特征在于，所述氢氧化物前驱体为Ni0.9Co0.05Mn0.05(OH)2。
5.根据权利要求3所述的正极材料，其特征在于，所述锂源为LiOH·H2O。
6.根据权利要求3所述的正极材料，其特征在于，Li元素与Ni元素、Co元素和Mn元素的摩尔比为1.03：1。
7.根据权利要求3所述的正极材料，其特征在于，所述KBr与所述氢氧化物前驱体和所述锂源混合物的质量比为0.1％。
8.一种制备正极材料的方法，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述氢氧化物前驱体为Ni0.9Co0.05Mn0.05(OH)2；
10.一种电池，其特征在于，所述电池包含权利要求1-7任一项所述的正极材
...【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料包括br、k作为掺杂元素。
2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述掺杂元素是通过kbr提供的。
3.根据权利要求2所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料进一步包括氢氧化物前驱体和锂源。
4.根据权利要求3所述的正极材料，其特征在于，所述氢氧化物前驱体为ni0.9co0.05mn0.05(oh)2。
5.根据权利要求3所述的正极材料，其特征在于，所述锂源为lioh·h2o。
6.根据权利要求3所述的正极材料...
【专利技术属性】
技术研发人员：忽小宇，温美盛，李献帅，苏航，
申请(专利权)人：安徽得壹能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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