阴离子掺杂改性锂离子电池正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了阴离子掺杂改性锂离子电池正极材料，锂离子电池正极材料的化学式为Li[Li1‑

【技术实现步骤摘要】
阴离子掺杂改性锂离子电池正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于能源存储与改性转化
，具体涉及阴离子掺杂改性锂离子电池正极材料。
[0002]本专利技术还涉及阴离子掺杂改性锂离子电池正极材料的制备方法及其应用。

技术介绍

[0003]锂离子电池由于其具有高能量密度、长循环寿命等优越特性，广泛应用于移动电源、电动汽车、航空航天等领域。在锂离子电池中，电极材料是锂离子电池的核心，其决定了锂离子电池的比能量、循环寿命和抗负荷能力等多项关键性能。目前锂离子电池的下一应用阶段主要在电动汽车方面，而其中最为关键的是动力型锂离子电池的开发，其中锂离子电池成本主要集中于锂离子电池正极材料。因此，开发出高比能和高循环寿命的锂离子电池正极材料是当前国内外的研究焦点，其中为满足其在电动汽车方面的应用，如何进一步提高其能量密度是首要问题。
[0004]表面掺杂是通过采用一种或多种物理化学手段，优化目标材料颗粒表界面，进而改善材料的综合性能。当前多数研究人员利用多种元素对正极材料进行阳离子掺杂改性，结果表明，不同元素掺杂的正极材料会有不同的效果，但大部分阳离子掺杂都是以牺牲正极材料比容量，提升正极材料的循环性能。阴离子掺杂改性正极材料理论上可以在不损失正极材料容量的条件下，改善正极材料的电化学性能。
[0005]目前已有的阴离子掺杂锂离子电池正极材料的制备方法主要有溶胶凝胶
‑
高温烧结法等，如公开专利CN103943841A，其存在改性效果粗糙，选用材料繁多，过程繁琐，控制困难等问题，虽然提高了正极材料的放电容量，但严重浪费水资源，环境不友好。因此，寻找一种有成效，操作简单，成本低并且环境友好的制备方法势在必行。

技术实现思路

[0006]本专利技术的第一个目的是提供阴离子掺杂改性锂离子电池正极材料，解决了锂离子电池高倍率性能较差的问题。
[0007]本专利技术的第二个目的是提供阴离子掺杂改性锂离子电池正极材料的制备方法。
[0008]本专利技术第三个目的是提供阴离子掺杂改性锂离子电池正极材料在制备锂离子电池方面的应用。
[0009]本专利技术所采用的第一个技术方案是，阴离子掺杂改性锂离子电池正极材料，锂离子电池正极材料的化学式为Li[Li1‑
x
‑
2y
Ni
x
Co
y
Mn2‑
2x
‑
y/3
]O2‑
z
Se
z
，其中0.5＜x≤1；0≤y≤0.2；0.776≤x+2y≤1；0＜z≤0.1。
[0010]本专利技术的第一个技术方案的特点还在于：
[0011]其中阴离子掺杂改性锂离子的电池正极材料的改性层厚度为1～3nm。
[0012]本专利技术所采用的第二个技术方案是，阴离子掺杂改性锂离子电池正极材料的制备方法，具体按以下步骤实施：
[0013]步骤1，取硒源和锂离子电池正极材料分别放置在管式炉上游和下游；
[0014]步骤2，通入惰性气体，置换管式炉中的气氛，使管式炉内保持一种惰性气氛；
[0015]步骤3，控制上下游温度，进行升温保温过程，即得硒掺杂的锂离子电池正极材料。
[0016]本专利技术第二个技术方案的特点还在于：
[0017]其中步骤1中硒源和锂离子电池正极材料的质量比不小于0.01、不大于0.5；
[0018]其中步骤2中惰性气体为氮气或氩气；
[0019]其中步骤3中控制下游温度，升温至300～400℃并保温5h，同时将上游温度以1～5℃/min的速度升温至400～700℃，并保温3h；
[0020]本专利技术的有益效果是：
[0021]本专利技术的硒掺杂改性锂离子电池正极材料制备方法，充分利用了硒源分解温度或沸点低，以及硒与氧电子结构相似，且易与正极材料在惰性气氛中反应，可以替代正极材料表面的氧，在正极材料表面形成超薄均匀、稳定性好的硒掺杂的正极材料改性层，不仅有效缓解电极活性材料与电解质的副反应，提升正极材料的循环寿命，同时改善了电极活性材料的电子和锂离子的导电率，进而综合改善了锂离子电池的电化学性能。
附图说明
[0022]图1为本专利技术的阴离子掺杂改性锂离子电池正极材料的制备方法实施例中硒掺杂前的LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2正极材料(a)和硒掺杂改性后的LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2正极材料(b)扫描电镜图；
[0023]图2为本专利技术的阴离子掺杂改性锂离子电池正极材料的制备方法实施例中硒掺杂前后的LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2正极材料Se XPS谱图；
[0024]图3为本专利技术的阴离子掺杂改性锂离子电池正极材料的制备方法实施例中LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2正极材料高分辨扫描透射电镜图；
[0025]图4为本专利技术的阴离子掺杂改性锂离子电池正极材料的制备方法中掺杂前后的LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2正极材料循环性能曲线图；
[0026]图5为本专利技术的阴离子掺杂改性锂离子电池正极材料的制备方法中掺杂前后的Li
1.224
Ni
0.552
Co
0.163
Mn
0.064
O2正极材料循环性能曲线图。
具体实施方式
[0027]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0028]本专利技术提供了阴离子掺杂改性锂离子电池正极材料，其化学式为Li[Li1‑
x
‑
2y
Ni
x
Co
y
Mn2‑
2x
‑
y/3
]O2‑
z
Se
z
，其中0.5＜x≤1；0≤y≤0.2；0.776≤x+2y≤1；0＜z≤0.1；
[0029]本专利技术还提供了阴离子掺杂改性锂离子电池正极材料的制备方法，具体按照以下方法制备：
[0030]步骤1，取硒源和正极材料分别放置在管式炉上游和下游，硒源：正极材料的质量比大于等于0.01，小于等于0.5；
[0031]步骤2，通氮气或是氩气惰性气体，置换管式炉中的气氛，使管式炉内保持一种惰性气氛；
[0032]步骤3，控制下游温度，升温至300
‑
400℃并保温5h，同时将上游温度以3
‑
5℃/min
的速度升温至400
‑
700℃，并保温3h；即得硒掺杂改性锂离子电池正极材料，掺杂改性层厚度为1
‑
3nm；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.阴离子掺杂改性锂离子电池正极材料，其特征在于，锂离子电池正极材料的化学式为Li[Li1‑
x
‑
2y
Ni
x
Co
y
Mn2‑
2x
‑
y/3
]O2‑
z
Se
z
，其中0.5＜x≤1；0≤y≤0.2；0.776≤x+2y≤1；0＜z≤0.1。2.根据权利要求1所述的阴离子掺杂改性锂离子电池正极材料，其特征在于，所述阴离子掺杂改性锂离子的电池正极材料的改性层厚度为1～3nm。3.阴离子掺杂改性锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：步骤1，取硒源和锂离子电池正极材料分别放置在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李喜飞，刘文，郝猷琛，王晶晶，李文斌，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：