本發(fā)明屬于制備正極材料，具體涉及一種改性高鎳三元正極材料及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、鋰離子電池在新能源汽車領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，提高鋰離子電池的能量密度可以有效提高新能源汽車的續(xù)航里程；高鎳三元層狀材料具有比容量高、成本低和安全性高等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是高比能鋰離子電池中的正極材料之一。
2、但是隨著三元層狀材料中鎳含量的提升，其循環(huán)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性都會(huì)顯著下降，在提高三元層狀材料中鎳的含量來提高電池的能量密度的同時(shí)還保證三元材料的熱穩(wěn)定性和循環(huán)穩(wěn)定性成為研究難點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中高鎳三元材料循環(huán)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性差等缺陷，從而提供一種改性高鎳三元正極材料及其制備方法和應(yīng)用。
2、為此，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案。
3、本發(fā)明提供了一種改性高鎳三元正極材料的制備方法，包括如下步驟：
4、將含摻雜元素的高鎳三元正極材料、鎢酸鉍和氧化鋁混合，燒結(jié)，得到改性高鎳三元正極材料；
5、所述摻雜元素包括鈦元素、釔元素、鎢元素和鈮元素中的至少一種；所述燒結(jié)的溫度為400-800℃。示例性的，燒結(jié)的溫度為400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、700℃、800℃或處于以上任意兩個(gè)數(shù)值所組成的范圍內(nèi)。
6、在一種可選的實(shí)施方式中，以含摻雜元素的高鎳三元正極材料的質(zhì)量為基準(zhǔn)，所述鎢酸鉍和氧化鋁的總加入量為0.05-0.7wt％。在本發(fā)明中，鎢酸鉍和氧化鋁的質(zhì)量比沒有要求，當(dāng)鎢酸鉍和氧化鋁的質(zhì)量比為(1-3):1時(shí)能夠優(yōu)化改性高鎳三元材料的循環(huán)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。
7、在一種可選的實(shí)施方式中，含摻雜元素的高鎳三元正極材料的制備步驟包括：將前驅(qū)體、鋰源和含摻雜元素的添加劑混合，熱處理，得到含摻雜元素的高鎳三元正極材料。
8、在一種可選的實(shí)施方式中，所述前驅(qū)體包括鎳鈷錳氫氧化物，所述鎳鈷錳氫氧化物的化學(xué)組成包括nixcoymn1-x-y(oh)2，0.7≤x＜1，0＜y≤0.1；在本發(fā)明中，化學(xué)結(jié)構(gòu)式中的下角標(biāo)x、y表示各元素間的摩爾比。
9、在一種可選的實(shí)施方式中，鋰源包括氫氧化鋰和碳酸鋰中的至少一種；
10、在一種可選的實(shí)施方式中，以前驅(qū)體的質(zhì)量為基準(zhǔn)，所述含摻雜元素的添加劑的加入量為0.05-0.8wt％。本發(fā)明中，含摻雜元素的添加劑可以包括含鈦的化合物、含釔的化合物、含鎢的化合物和含鈮的化合物中的至少一種，示例性的，含摻雜元素的添加劑包括含鈦的化合物和含釔的化合物，含摻雜元素的添加劑包括含鈦的化合物和含鈮的化合物，含摻雜元素的添加劑包括含鈦的化合物、含鎢的化合物和含鈮的化合物，含摻雜元素的添加劑包括含鈦的化合物、含釔的化合物、含鎢的化合物和含鈮的化合物，含摻雜元素的添加劑包括含釔的化合物、含鎢的化合物和含鈮的化合物。
11、在一種可選的實(shí)施方式中，所述前驅(qū)體中鎳元素、鈷元素和錳元素的摩爾總量和鋰源中鋰元素的摩爾量的比值為1:(1.02-1.06)。
12、在一種可選的實(shí)施方式中，所述熱處理在氧氣氣氛下進(jìn)行；
13、在一種可選的實(shí)施方式中，所述熱處理的溫度為600-900℃；
14、在一種可選的實(shí)施方式中，所述熱處理的升溫速率為1-5℃/min；
15、在一種可選的實(shí)施方式中，所述熱處理的時(shí)間為8-15h。
16、在一種可選的實(shí)施方式中，所述燒結(jié)在氧氣氣氛下進(jìn)行；
17、在一種可選的實(shí)施方式中，所述燒結(jié)的升溫速率為1.5-5℃/min；
18、在一種可選的實(shí)施方式中，所述燒結(jié)的時(shí)間為3-7h。
19、在本發(fā)明中，氧氣氣氛以氧氣氣氛為主，例如氧氣氣氛可以為純氧氣氣氛；氧氣氣氛還可以包括少量的其它氣體，例如氮?dú)狻?/p>
20、本發(fā)明還提供了一種上述制備方法制得的改性高鎳三元正極材料。
21、本發(fā)明還提供了一種上述制備方法制得的改性高鎳三元正極材料在鋰離子電池中的應(yīng)用。
22、本發(fā)明技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
23、1.本發(fā)明提供的改性高鎳三元正極材料的制備方法，包括如下步驟：將含摻雜元素的高鎳三元正極材料、鎢酸鉍和氧化鋁混合，燒結(jié)，得到改性高鎳三元正極材料；所述摻雜元素包括鈦元素、釔元素、鎢元素和鈮元素中的至少一種；所述燒結(jié)的溫度為400-800℃。本發(fā)明制得的改性高鎳三元正極材料制得電池的循環(huán)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好，采用鎢酸鉍包覆，鎢酸鉍在高溫環(huán)境下分解形成氧化鎢和氧化鉍，原子半徑最大的穩(wěn)定元素鉍進(jìn)入含摻雜元素的高鎳三元材料的晶格以增大高鎳三元材料的層間距離，支撐三元材料結(jié)構(gòu)，提高了表面穩(wěn)定性；鎢酸鉍分解形成的氧化鎢和添加的氧化鋁在含摻雜元素的高鎳三元正極材料表面形成包覆層，抑制界面副反應(yīng)，提高了循環(huán)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性；采用鎢酸鉍和氧化鋁混合即可形成包覆層和鉍元素在三元正極材料表面的摻雜，步驟簡(jiǎn)單，成本較低。加入摻雜元素可以和包覆層共同提升制得的改性高鎳三元正極材料制得電池的循環(huán)性能和熱穩(wěn)定性。進(jìn)一步，在制備高鎳三元正極材料時(shí)加入摻雜元素，能夠使鈦、釔、鎢和鈮中的至少一種元素進(jìn)入高鎳三元正極材料內(nèi)部形成摻雜，提高三元材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而提高正極材料的循環(huán)性能。
1.一種改性高鎳三元正極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，以含摻雜元素的高鎳三元正極材料的質(zhì)量為基準(zhǔn)，所述鎢酸鉍和氧化鋁的總加入量為0.05-0.7wt％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，含摻雜元素的高鎳三元正極材料的制備步驟包括：將前驅(qū)體、鋰源和含摻雜元素的添加劑混合，熱處理，得到含摻雜元素的高鎳三元正極材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述前驅(qū)體包括鎳鈷錳氫氧化物，所述鎳鈷錳氫氧化物的化學(xué)組成包括nixcoymn1-x-y(oh)2，0.7≤x＜1，0＜y≤0.1；和/或，
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述前驅(qū)體中鎳元素、鈷元素和錳元素的摩爾總量和所述鋰源中鋰元素的摩爾量的比值為1:(1.02-1.06)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述熱處理在氧氣氣氛下進(jìn)行；和/或，
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述燒結(jié)在氧氣氣氛下進(jìn)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述燒結(jié)的升溫速率為1.5-5℃/min；和/或，
9.一種權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述制備方法制得的改性高鎳三元正極材料。
10.一種權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述制備方法制得的改性高鎳三元正極材料在鋰離子電池中的應(yīng)用。