本发明专利技术公开了一种La掺杂同时锂量变化的富锂正极材料，其组成表达式为：La掺杂Li1.2(1-x)yNi0.3Mn0.6O2，其中x为La掺杂的摩尔分数，0.01≤x≤0.04，y为锂量调节系数，85％≤y≤95％。该材料形貌均一、结晶度高、分布均匀，将其用作锂离子电池正极材料，具有较高的放电比容量，并可明显降低首次不可逆容量损失；且涉及的制备方法简单、采用制备周期短，应用前景广阔。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池正极材料领域，具体涉及。
技术介绍
电子产品的发展，特别是新能源汽车的开发与应用，要求具有高比能量的锂离子电池，而目前传统的正极材料难以满足电动汽车对电池高能量密度和低成本的需求，因此开发新型比能量更高、价格更低廉、寿命更长的动力锂离子电池正极材料已经成为电动汽车产业发展的关键因素。锂离子电池负极材料主要是以石墨类碳材料为主，可逆比容量可达到300mAh/g甚至更多，相比之下正极材料的比容量只有负极材料的一半左右，而且生产成本却远远超出负极材料。因此，目前锂离子电池正极材料领域的研究重点就是有效的提高正极材料的性能并降低生产成本。层状结构的富锂锰基正极材料XLi2MnO3.(l_x)LiM02(M=Ni，Mn，Nh/2Mm/2)，以其较高的实际可用容量，良好的热稳定性，较宽的充放电电压范围以及价格低廉，环境友好等特点非常有潜力成为未来主流的储能电池、动力电池正极材料，与目前商业化的正极材料相比，具有一定的优越性。XLi2MnO3.(1-X)LiMO2近年来引起学者的广泛关注，它是Li2MnO3与LiNi1/2Mn1/202形成的固溶体，具有较高的电化学活性，其可逆放电比容量高达250mAh/g，具有显著的容量优势。其不仅保留了LiNiv2Mnv2O2高容量的特性，而且还保留了Li2MnO3优良的结构稳定性。目前此类材料还存在几个较大的问题，制约着其商业化的发展。这其中首次不可逆容量损失较大是一个较大的问题。关于首次不可逆容量损失较大的问题，国内外的相关学术论文对其改进方法进行了报道。采用的方法主要有以下几种:一种是对材料进行表面包覆，包覆层可以起到阻止部分氧空位从晶胞中脱出，从而起到降低首次不可逆容量损失的作用。如Zheng〇2cathode material for lithium-1onbattery.Solid State 1nics，2008，179(27-32): 1794-1799.]等人以T12对这类富锂材料进行表面包覆后，首次不可逆容量损失由75.5mAh/g降到了 54mAh/g。如Wu02-(z)Li02.Solid State 1nics，2009，180(1):50-56.]等人采用四种不同的包覆材料探究包覆材料对材料电化学性能的影响，其中Al2O3包覆层降低首次不可逆容量损失的效果最好。另一种是将富锂材料与可嵌锂的锂离子载体复合，两者复合以后，可嵌锂的锂离子载体就成了锂离子的宿主，不可逆脱出的锂离子就可以嵌入到宿主载体中，从而降低了不可逆容量损失。如Gao02_V205Composite cathodes withlow irreversible capacity loss for lithium 1n batteries.ElectrochemistryCommunicat1ns，2009,11(1): 84-86.]等人将富锂材料与V2O5按一定比例混合得到的复合材料不仅首次不可逆容量损失降低，而且放电容量还得到了提高。又如Wu02~Mo03Composite cathodes with low irreversiblecapacity loss for lithium 1n batteries.Journal of Power Sources,2014,247(3):20-25.]等人将富锂材料与MoO3复合同样可以将首次不可逆容量损失降低。虽然有相关文献报道降低富锂材料的首次不可逆容量损失，但是在制备过程中存在的问题是:表面包覆和复合方法需要目标正极材料与包覆或复合材料进行二次高速球磨和二度热处理，不仅步骤多，实验周期长，制备过程复杂，而且增加了生产成本，不利于大规模生产。
技术实现思路
针对上述制备过程中的不足和对高性能富锂正极材料的要，本专利技术提出了La掺杂同时锂量变化的富锂正极材料，该材料形貌均一、结晶度高、分布均匀，具有较好的电化学性能，首次不可逆容量损失得到明显改善;且涉及的制备方法简单，制备周期短，适合推广应用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为:—种La掺杂同时锂量变化的富锂正极材料，其组成表达式为:La掺杂Li1.2(1-x)yNiQ.3MnQ.602，其中X为La掺杂的摩尔分数，0.01 <x<0.04，y为锂量调节系数，85% <y <95%。上述一种La掺杂同时锂量变化的富锂正极材料的制备方法，包括如下步骤:I)以镍盐、锰盐、锂盐和含镧化合物为原料，按La掺杂Liuu—x)yNiQ.3MnQ.602的化学计量比称取各原料，其中X为La掺杂的摩尔分数，0.0Kx^0.04，y为锂量调节系数，85% <y < 95% ;将镍盐和锰盐溶于水中，配制得均匀的混合液I;将可溶性碳酸盐溶于水中，配制得混匀的碳酸盐溶液，其中可溶性碳酸盐引入的碳酸根摩尔量与混合液I中镍盐和锰盐引入的金属离子的总摩尔量相同；在搅拌条件下，将碳酸盐溶液逐滴滴入混合液I中，然后在密封条件下进行水浴反应，趁热进行抽滤、洗涤和干燥、研磨，并与锂盐和含镧化合物混合，进行球磨，干燥所得研磨产物得前驱体；2)将所得前驱体依次经预烧、高温煅烧，冷却得所述改性富锂正极材料。上述方案中，所述镍盐为乙酸镍、硝酸镍、硫酸镍、氯化镍中的一种或几种;锰盐为乙酸锰、硝酸锰、硫酸锰、氯化锰中的一种或几种。上述方案中，所述可溶性碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾、碳酸氨中的一种或几种。上述方案中，所述锂盐为碳酸锂、硝酸锂、醋酸锂、氢氧化锂、氯化锂中的一种或几种。上述方案中，所述含镧化合物为氧化镧、硫酸镧、硝酸镧中的一种或几种。上述方案中，所述水浴反应温度为70?90°C，时间为10?14h。优选的，所述水浴温度为78?82 °C ；保温时间为11.5?12.5小时。上述方案中，所述球磨速度为800?1000转/分钟，时间为6?8h。优选的，所述球磨转速为930?970转/分钟。 优选的，所述球磨时间为6?6.5小时。上述方案中，所述预烧工艺为:加热至500?600°C保温4?6小时。优选的，所述预烧温度为580?600°C，预烧时间为5.5?6小时。上述方案中，所述高温煅烧工艺为:加热至850?950°C保温10?14小时。优选的，所述高温煅烧温度为880?920°C，烧结时间为11.5?12.5小时。本专利技术的原理为:本专利技术通过对Li2MnO3和LiN1.5Μηο.502两种层状材料复合的固溶体进行La3+掺杂和含锂量变化对Li1.2N1.3Mn0.602材料进行改性;其中掺杂的一部分La3+进入了 Li1.2N1.3Mn0.6O2晶格，还有一部分La3+形成了 LaMnCb，LaMnCb是一种快尚子导体，包覆在正极材料颗粒表面，提高了材料的导电性，从而改善了材料的电化学性能；另外，LaMnO3对氧气的还原具有高的电化学活性，使得氧离子空穴得以保留，首次不可逆容量损失得以降低；另一方面，本专利技术通过对含锂量进行调控，使得材料结构中出现了尖晶石相，尖晶石相的存在有利于提高材料的首次不可逆容量损失;尖晶石相在放电过程中，当负极中从结构中脱出的Li都嵌入回尖晶石结构时，就会有负极锂片中的额外Li嵌入尖晶石八面体16c空位，从而使得首次库伦效率很高，甚至本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种La掺杂同时锂量变化的富锂正极材料，其组成表达式为：La掺杂Li1.2(1‑x)yNi0.3Mn0.6O2，其中x为La掺杂的摩尔分数，0.01≤x≤0.04；y为锂量调节系数，85％≤y≤95％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘韩星，马娟，余志勇，李文姬，卢梦云，孙念，郑振宁，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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