[发明专利]一种表层重组La2

说明书

本发明涉及一种表层重组La₂Ni_0.5Li_0.5O₄和表层掺杂La³⁺的NCM三元正极材料，属于化学储能电池领域。所述材料通过以下方法制备得到：将NCM三元正极材料与La(NO₃)₃·6H₂O混合，得到混合物，所述混合物先在无水乙醇中超声1～2h，然后以无水乙醇为溶剂研磨均匀，得到的粉末进行煅烧后得到；混合物中La元素的质量分数为1～2.5％；煅烧温度为500～750℃，煅烧时间4～6h。所述材料增强了NCM三元正极材料的循环性能和倍率性能，提高了其热稳定性和容量保持率，显著提高了其在电化学循环中的结构稳定性能。

技术领域

本发明涉及一种表层重组La₂Ni_0.5Li_0.5O₄和表层掺杂La³⁺的NCM三元正极材料，属于化学储能电池领域。

背景技术

目前，煤石油天然气等化石能源日益枯竭，此外，环境污染问题逐渐成为各国关注的重点问题。纯电动汽车和油汽混动汽车的发展越来越被人们所关注。这就需要锂二次电池快速发展以满足人们对于新能源电池实际应用的迫切需求。锂二次电池的家族中，钴酸锂和磷酸铁锂以及三元材料依次在市场中扮演者重要角色。钴酸锂多应用于小型便捷式电子设备，而磷酸铁锂由于质量比容量偏低，正逐步被三元材料所取代其在动力电动汽车方面发挥作用。众所周知，继2012年特斯拉发布其第二款电动汽车产品Model S，该车型采用的是镍钴铝 (NCA)三元正极材料作为动力电池之后，世界各地研究三元正极材料的浪潮不断升高。中国也在不遗余力的发展高电压、高镍三元正极材料(如镍钴锰三元正极材料(NCM)和NCA)，以满足新一代高容量电极材料的要求。高镍三元正极材料是即将商业化的下一代车载锂离子电池正极材料，但其安全性，和长循环稳定性仍然有待进一步。

NCM三元正极材料拥有高能量密度，其在2.75-4.3V，25℃条件下放电比容量超过200mAh/g，但是由于Ni元素在材料合成过程中会发生偏析而在表面富集，在合成过程中由于高温煅烧结晶过程中不可避免会发生Li⁺/Ni²⁺混排。随后在电化学循环过程中，由于Li⁺和Ni²⁺的离子半径相近，会进一步发生Li⁺/Ni²⁺混排。Li⁺/Ni²⁺混排导致的相变问题一般起始于NCM三元正极材料颗粒表层，而后逐步向颗粒内部扩散(Seung-Taek Myung,FilippoMaglia,Kang-Joon Park, Chong Seung Yoon,Peter Lamp,Sung-Jin Kim,and Yang-KookSun,ACS Energy Lett.2017,2,196-223)，造成电极结构衰败，影响NCM三元正极材料的电化学循环稳定性和安全性能(Arumugam Manthiram,James C.Knight,Seung-Taek Myung,Seung-Min Oh,and Yang-Kook Su,Adv.Energy Mater.2016,6,1501010)。

发明内容