【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池，涉及锂离子电池正极材料，具体提供一种高熵高镍单晶锂离子电池正极材料及其制备方法。
技术介绍
1、随着工业技术的高速发展，人们对能源的需求越来越大，随之而来的是愈发严重的化石能源危机和与之所对应的环境污染问题；因此，近年来对新能源的研发需求越来越大。在众多新能源技术产业中，锂离子电池(libs)因其高能量密度、高循环稳定性等优异特性脱颖而出，作为一种二次电池，锂离子电池具有诸多显著优势，成为科研及产业化的双重焦点；此外，锂离子电池还具有绿色环保、无污染的优势，故而在便携式电子设备、新能源汽车、医疗设备等多个领域中广泛应用；与此同时，这也意味着人们对锂离子电池的性能有了越来越高的要求。
2、目前，常用锂离子电池正极材料中，高镍的层状镍钴锰三元系正极材料(ncm)应用广泛，该材料是一种层状结构材料，化学式为linixcoymnzo2(x≥0.6)，通常呈现出α-nafeo2型层状结构，属于六方晶系，r-3m空间群；ncm由licoo2、linio2和limno2三种材料经过组合研发改性而来，扬长避短，融合了这三种材料各自优良的性能，包括镍酸锂的高容量、钴酸锂的优良稳定性、锰酸锂的高热稳定性，展现出了极好的电化学性能，具有高达274mah·g-1的理论比容量与3.6v的平均工作电压。然而，高镍的镍钴锰酸锂正极材料通常由众多微小的一次颗粒经过团聚形成二次复合多晶颗粒而成，在这种结构下，工作状态中伴随着充放电的进行，li+会不断在材料内部晶格中嵌入与脱出，长期下去会引发一系列的结构变化和相变；此外，这种
3、针对上述层状镍钴锰三元系正极材料存在的一系列问题，至今已有多种方向对其进行了改性研究，包括但不限于掺杂、包覆等，但改性后综合性能仍然不尽人意。因此，结合多种改性手段以提升锂离子电池的性能已经成为目前商用锂离子电池进入大规模应用的重要课题，亟需提出更好、更新的解决方案以克服高镍正极材料面临的问题并完善其综合性能。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种高熵高镍单晶锂离子电池正极材料及其制备方法，用以解决高镍的镍钴锰酸锂正极材料存在的阳离子混排、晶格缺陷、晶界裂纹、表面残锂化合物等诸多问题，完善其安全性差、寿命短、不耐高电压充电和能量密度低等综合性能，从而提高锂离子电池的综合电化学性能。针对高镍层状镍钴锰三元系正极材料的改性需求，本专利技术基于组合设计及组分比例调变设计提出了高熵合金掺杂，同时在高熵合金掺杂的基础上结合制备工艺的严格设计，使高熵掺杂后正极材料呈现了单晶形貌；单晶形貌使得正极材料表现出很高的压实密度，具有高机械强度、低比表面积、低缺陷密度的优点，电化学性能上也更优良，比如安全性能好、循环寿命长、耐高电压充电、压实密度大和能量密度高等。此外，单晶形貌还降低了内应力的积累，使锂离子的脱出与嵌入更为顺畅，表现出更好的可逆性和更高的能量密度；而对于高熵掺杂后正极材料，高熵合金以固溶体的形式存在于材料内部，这种大构型熵使材料有更好的稳定性，表现出优良的循环稳定性、更长的工作寿命。本专利技术创造性的实现以上两种改性方式的有效结合，采用高温固相法合成单晶形貌的高熵高镍锂离子电池正极材料，使其表现出很好的电化学性能，且能够在2.8～4.5v的高截止电压下表现出较好的比容量与稳定性；并且，高温固相法工艺简单，易于实现精确控制，适应于大规模工业生产。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种高熵高镍单晶锂离子电池正极材料，其特征在于，所述锂离子电池正极材料为单晶形貌，分子表达式为：
4、li1+δ[ni0.86±xco0.04±x/2mn0.1±x/2(oh)2]1-zmzo2，
5、其中，0≤δ≤0.2，0≤x≤0.06，0.005≤z≤0.25；
6、m为al、mg、ti、zr、ga、in、y、la、b、si、nb中的至少五种；
7、尤其是：m＝[al+ga+ti+y+zr]、[al+in+ti+y+zr]、[la+ga+ti+y+zr]或者[la+in+ti+y+zr]，(al或la):(ga或in):ti:y:zr的摩尔比为2:1:1:1:1。
8、进一步的，所述高熵高镍单晶锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9、s1.将锂源(氢氧化锂)研磨后与前驱体、掺杂材料搅拌混合均匀，得到混合原料；
10、s2.将混合原料置于管式炉中，在氧气气氛下以2～5℃/min的升温速率升温至450℃～600℃，保温4～8h小时，完成预烧结后得到预烧料；
11、s3.将预烧料研磨均匀，得到预烧粉料；
12、s4.将预烧粉料置于管式炉中，在氧气气氛下以2～5℃/min的升温速率升温至750℃～950℃，保温12～24h小时，完成烧结后得到高熵高镍单晶锂离子电池正极材料。
13、进一步的，步骤s1中，氢氧化锂、前驱体、掺杂材料的摩尔比为：(1+δ):(1-z):z，0≤δ≤0.2，0.005≤z≤0.25。
14、进一步的，步骤s1中，前驱体材料采用8系三元前驱体，化学表达式为：ni0.86±xco0.04±x/2mn0.1±x/2(oh)2，0≤x≤0.06；典型组成为[ni0.86co0.04mn0.1(oh)2]。
15、进一步的，步骤s1中，掺杂材料m为al、mg、ti、zr、ga、in、y、la、b、si、nb中的至少五种氧化物或氢氧化物，掺杂材料的具体典型组合为[al+ga+ti+y+zr]、[al+in+ti+y+zr]、[la+ga+ti+y+zr]或者[la+in+ti+y+zr]，(al或la):(ga或in):ti:y:zr的摩尔比为2:1:1:1:1。
16、基于上述技术方案，本专利技术的有益效果在于：
17、本专利技术提出一种高熵高镍单晶锂离子电池正极材料及其制备方法，创造性的实现单晶形貌与高熵掺杂的有效结合，通过高温固相法制备得到高熵高镍单晶锂离子电池正极材料，该材料具有较高的可逆比容量与循环稳定性。采用高温固相法，将锂源、前驱体与掺杂原料经过混合、预烧、研磨、烧结等步骤，通过严格控制制备过程的工艺条件，得到单晶形貌的高熵正极材料，形成了分布均匀的层状结构单晶颗粒材料，这种结构材料更能克服传统多晶材料要面对的晶格缺陷、晶界裂纹等缺陷，而高熵掺杂则更加精细的调控了材料的构型，在多种元素的共同作用下有效抑制了阳离子混排，增大了li+的扩散通道，使材料具有优良的循环性能与结构稳定性能。
18、综上，本专利技术提出的高熵高镍单晶锂离子电池正极材料在0.5c倍率下的充放电过程中，容量可以达到181.0mah·g-1，在100次循环后容量保存率为8本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高熵高镍单晶锂离子电池正极材料，其特征在于，所述锂离子电池正极材料为单晶形貌，分子表达式为：
2.根据权利要求1所述高熵高镍单晶锂离子电池正极材料，其特征在于，M＝[Al+Ga+Ti+Y+Zr]、[Al+In+Ti+Y+Zr]、[La+Ga+Ti+Y+Zr]或者[La+In+Ti+Y+Zr]，(Al或La):(Ga或In):Ti:Y:Zr的摩尔比为2:1:1:1:1。
3.根据权利要求1所述高熵高镍单晶锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述高熵高镍单晶锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，氢氧化锂、前驱体、掺杂材料的摩尔比为：(1+δ):(1-z):z，0≤δ≤0.2，0.005≤z≤0.25。
5.根据权利要求3所述高熵高镍单晶锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，前驱体材料采用8系三元前驱体，化学表达式为：Ni0.86±xCo0.04±x/2Mn0.1±x/2(OH)2，0≤x≤0.06。
6.根据权利要求3所述高熵高镍单晶锂离子电池正
7.根据权利要求6所述高熵高镍单晶锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，掺杂材料的具体组合为[Al+Ga+Ti+Y+Zr]、[Al+In+Ti+Y+Zr]、[La+Ga+Ti+Y+Zr]或者[La+In+Ti+Y+Zr]，(Al或La):(Ga或In):Ti:Y:Zr的摩尔比为2:1:1:1:1。
...【技术特征摘要】
1.一种高熵高镍单晶锂离子电池正极材料，其特征在于，所述锂离子电池正极材料为单晶形貌，分子表达式为：
2.根据权利要求1所述高熵高镍单晶锂离子电池正极材料，其特征在于，m＝[al+ga+ti+y+zr]、[al+in+ti+y+zr]、[la+ga+ti+y+zr]或者[la+in+ti+y+zr]，(al或la):(ga或in):ti:y:zr的摩尔比为2:1:1:1:1。
3.根据权利要求1所述高熵高镍单晶锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述高熵高镍单晶锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，氢氧化锂、前驱体、掺杂材料的摩尔比为：(1+δ):(1-z):z，0≤δ≤0.2，0.005≤z≤0.25。
5.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴泉，侯佳兵，崔久治，王心蕊，胡强，何泽珍，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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