【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鋰電池，且特別涉及一種低熵高鎳正極材料、鋰離子電池及制備方法。
技術介紹
1、隨著鋰電池在各個領域的應用發展，鋰電池的安全問題頻發，如何在提高鋰電池能量密度的同時降低安全風險和隱患已是研發電池的重要方向。高比能量的電池還是以三元材料為主，隨著鎳含量的提升，電池的能量密度進一步提升，但也伴隨著鋰電池熱失控溫度的下降。因此，研發具有高比容量和高安全性能的三元鋰電池是未來產品的重要升級方向。
2、現有的鋰離子電池材料包括三元材料、磷酸鐵鋰材料、鈷酸鋰材料、錳酸鋰材料等，其中，三元材料具有放電容量高、循環性能好、價格低廉等優勢，在電動汽車和大型儲能領域中占據有重要地位。元素摻雜是提升三元材料性能的一個比較有效的策略。但是，摻雜元素種類的不同以及摻雜元素量的數量級不同，往往會造成不同的摻雜效果，有時候更會造成正極材料某一方面性能的下降，如何良好實現對正極材料的摻雜改性成為技術難點。
3、需要說明的是，在上述
技術介紹
部分公開的信息僅用于加強對本專利技術的背景的理解，因此可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現有技術的信息。
技術實現思路
1、為了解決上述技術問題，本專利技術提供一種低熵高鎳正極材料、鋰離子電池及制備方法。
2、根據本專利技術的第一方面，提供一種低熵高鎳正極材料，所述低熵高鎳正極材料摻雜有一種或多種具有多價態的金屬元素，所述低熵高鎳正極材料的構型熵改性值δsconfig<0.2r。
3、在本專利技術的一個示例性
4、在本專利技術的一個示例性實施例中，所述低熵高鎳正極材料的構型熵sconfig滿足：其中，xi是陽離子的摩爾分數和xj是陰離子的摩爾分數，n為對應的陽離子/陰離子元素的個數；r為通用氣體常數，r＝8.314j.mol-1·k-1,sconfig<1r為低熵正極材料；構型熵改性值δsconfig為正極材料改性前后的構型熵差值。
5、在本專利技術的一個示例性實施例中，部分所述金屬元素在所述低熵高鎳正極材料的界面或者近表面形成li-x-o富鋰氧化物。
6、在本專利技術的一個示例性實施例中，x優選為ti+4、ti+2、zr+4、zr+2、ta+5、ta+4、ta+3、nb+5、nb+4、nb+3、w+6和w+4中的一種或多種。
7、在本專利技術的一個示例性實施例中，所述低熵高鎳正極材料摻雜的金屬元素不超過三種。
8、在本專利技術的一個示例性實施例中，所述金屬陽離子與所述低熵高鎳正極材料的晶格匹配，所述金屬陽離子半徑為和/或，所述低熵高鎳正極材料的晶粒尺寸為80～110nm；和/或，所述低熵高鎳正極材料的晶體參數c-axis高于14.19。
9、根據本專利技術的第二方面，提供一種如上任意一項所述的低熵高鎳正極材料的制備方法，包括：
10、s1，將高鎳三元前驅體、鋰源、金屬源進行球磨，得到混合料；其中，所述金屬源的金屬元素x具有多價態；
11、s2，將所述混合料置于氧氣環境中，升溫至500～600℃，煅燒1～6h，然后升溫至650～850℃，煅燒10～15h，冷卻至室溫，得到第一產物；
12、s3，將所述第一產物通過無鹽水洗滌、分離、干燥后，得到第二產物；
13、s4，將所述第二產物置于氧氣氣氛中，升溫至200～400℃，進行二次煅燒，煅燒結束后冷卻至室溫，得到所述低熵高鎳正極材料。
14、在本專利技術的一個示例性實施例中，所述鋰源選自氫氧化鋰、氟化鋰和碳酸鋰中的一種或多種；所述金屬源選自含x元素的氧化物、氟化物、碳酸鹽、磷酸鹽和草酸鹽中的一種或多種，所述金屬源進一步優選為zro2、tio2、nb2o5、tao2和wo3中的一種或多種。
15、在本專利技術的一個示例性實施例中，步驟s1中，所述高鎳三元前驅體和所述金屬源中的金屬離子摩爾比為(90～100):(10～0)。
16、在本專利技術的一個示例性實施例中，步驟s2中，升溫速率為5～15℃/min；和/或，步驟s4中，二次煅燒的時間為4～10h。
17、根據本專利技術的第三方面，提供一種鋰離子電池，所述鋰離子電池包括如上任意一項所述的低熵高鎳正極材料和/或根據如上任意一項所述制備方法制得的低熵高鎳正極材料。
18、本專利技術實施例的低熵高鎳正極材料、鋰離子電池及制備方法的有益效果是：
19、本專利技術實施例提供的低熵高鎳正極材料，通過構型熵輔助摻雜改性高鎳正極材料的策略，不僅可以促使一次晶粒徑向排列抑制微裂紋的產生的同時誘導顆粒向低應力方向生長，調控高電壓下鎳氧化還原中心的氧損失，并在界面或近表面與li+、o2-反應形成離子導電層，抑制活性氧釋放的同時不影響材料主體的高比容量。得到的低熵高鎳正極材料具有優異的電化學活性和安全性能。
20、應當理解的是，以上的一般描述和后文的細節描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本公開。
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1.一種低熵高鎳正極材料，其特征在于，所述低熵高鎳正極材料摻雜有一種或多種具有多價態的金屬元素，所述低熵高鎳正極材料的構型熵改性值ΔSconfig<0.2R。
2.根據權利要求1所述的低熵高鎳正極材料，其特征在于，所述低熵高鎳正極材料的化學通式為LiNiaCobMncX(1-a-b-c)O2，其中，X為金屬陽離子，選自Ti+4、Ti+2、Zr+4、Zr+2、Ge+4、Ge+2、Sn+4、Sn+2、Ta+5、Ta+4、Ta+3、Nb+5、Nb+4、Nb+3、As+5、As+3、Sb+5、Sb+3、V+5、V+4、Ru+5、Ru+4、Se+6、Se+4、W+6、W+4、Mo+6和Mo+4中的一種或多種；0.8≤a<1，0.01≤b<0.1，0.01≤c<0.1。
3.根據權利要求2所述的低熵高鎳正極材料，其特征在于，所述低熵高鎳正極材料的構型熵Sconfig滿足：其中，xi是陽離子的摩爾分數和xj是陰離子的摩爾分數，N為對應的陽離子/陰離子元素的個數；R為通用氣體常數，R＝8.314J.mol-1·K-1，Sconfig<1R為低
4.根據權利要求2所述的低熵高鎳正極材料，其特征在于，部分所述金屬元素在所述低熵高鎳正極材料的界面或者近表面形成Li-X-O富鋰氧化物；X優選為Ti+4、Ti+2、Zr+4、Zr+2、Ta+5、Ta+4、Ta+3、Nb+5、Nb+4、Nb+3、W+6和W+4中的一種或多種；和/或，所述低熵高鎳正極材料摻雜的金屬元素不超過三種。
5.根據權利要求1所述的低熵高鎳正極材料，其特征在于，所述金屬陽離子與所述低熵高鎳正極材料的晶格匹配，所述金屬陽離子半徑為和/或，所述低熵高鎳正極材料的晶粒尺寸為80～110nm；和/或，所述低熵高鎳正極材料的晶體參數c-axis高于14.19。
6.一種如權利要求1～5任意一項所述的低熵高鎳正極材料的制備方法，其特征在于，包括：
7.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述鋰源選自氫氧化鋰、氟化鋰和碳酸鋰中的一種或多種；所述金屬源選自含X元素的氧化物、氟化物、碳酸鹽、磷酸鹽和草酸鹽中的一種或多種，所述金屬源進一步優選為ZrO2、TiO2、Nb2O5、TaO2和WO3中的一種或多種。
8.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述高鎳三元前驅體和所述金屬源中的金屬離子摩爾比為(90～100):(10～0)。
9.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟S2中，升溫速率為5～15℃/min；和/或，步驟S4中，二次煅燒的時間為4～10h。
10.一種鋰離子電池，其特征在于，所述鋰離子電池包括權利要求1～5任意一項所述的低熵高鎳正極材料和/或根據權利要求6～9任意一項所述制備方法制得的低熵高鎳正極。
...【技術特征摘要】
1.一種低熵高鎳正極材料，其特征在于，所述低熵高鎳正極材料摻雜有一種或多種具有多價態的金屬元素，所述低熵高鎳正極材料的構型熵改性值δsconfig<0.2r。
2.根據權利要求1所述的低熵高鎳正極材料，其特征在于，所述低熵高鎳正極材料的化學通式為liniacobmncx(1-a-b-c)o2，其中，x為金屬陽離子，選自ti+4、ti+2、zr+4、zr+2、ge+4、ge+2、sn+4、sn+2、ta+5、ta+4、ta+3、nb+5、nb+4、nb+3、as+5、as+3、sb+5、sb+3、v+5、v+4、ru+5、ru+4、se+6、se+4、w+6、w+4、mo+6和mo+4中的一種或多種；0.8≤a<1，0.01≤b<0.1，0.01≤c<0.1。
3.根據權利要求2所述的低熵高鎳正極材料，其特征在于，所述低熵高鎳正極材料的構型熵sconfig滿足：其中，xi是陽離子的摩爾分數和xj是陰離子的摩爾分數，n為對應的陽離子/陰離子元素的個數；r為通用氣體常數，r＝8.314j.mol-1·k-1，sconfig<1r為低熵正極材料；構型熵改性值δsconfig為正極材料摻雜前后的構型熵差值。
4.根據權利要求2所述的低熵高鎳正極材料，其特征在于，部分所述金屬元素在所述低熵高鎳正極材料的界面或者近表面形成li-x-o富鋰氧化物；x優選為ti+4、ti+2、zr+4、zr+...
【專利技術屬性】
技術研發人員：曾雷英，梁玉明，林建雄，洪敏強，姜龍，魏國禎，
申請(專利權)人：廈門廈鎢新能源材料股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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