[发明专利]一种高熵正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种高熵正极材料及其制备方法和应用；所述高熵正极材料具有下式所示通式：Li_1+aA_xB_yC_zD_bO₂M_cN_d；其中，A为+2价金属元素，B为+3价金属元素，C为+4价金属元素，D为+5价金属元素，M为+7价元素，N为+8价元素；0≤a＜1，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜z＜1，0＜b＜1，0＜c＜1，d＞0。本发明从材料本身结构出发设计出上述高熵正极材料，与传统正极材料相比，具有高的放电比容量同时在循环过程中结构稳定，无氧气析出，从而使得高容量正极材料应用于高比能长循环锂电池体系成为可能，从根本上解决高容量正极材料充放电循环过程中结构稳定性(产气)问题。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，更具体地说，是涉及一种高熵正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着智能手机、平板电脑、电子手环等各类消费类电子产品日新月异、节能环保的电动交通工具市场飞速增长以及储能电池市场崭露头角，作为这些产品电源的锂离子电池的市场得以飞速发展。锂离子电池是一种具有绿色环保、能量密度高和循环寿命长等特点的二次电池。随着人们对锂离子电池使用范围的扩大和依赖程度的递增，对锂离子电池各方面的性能指标的要求也越来越高，特别是能量密度和安全性能。就能量密度而言，高能量密度锂离子电池往往需要高比能正负极材料，现有高比能正极材料体系中，锂离子电池正极材料如高镍材料、富锂锰基正极材料因其高的比容量受到大家广泛重视，但是这些材料往往带来安全性、循环过程中产气以及循环稳定性差的问题。

为解决实现高比能电池体系循环稳定性差的问题，尤其是全电池产气问题，近年来国内外开展很多研究尝试，对正极材料进行掺杂、表面包覆等表界面处理手段。但是，多数工作仅仅是延缓材料氧气释放时间，并不能从根本上解决材料循环过程中产气问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高熵正极材料及其制备方法和应用，本发明提供的高熵正极材料与传统正极材料相比，具有高的放电比容量同时在循环过程中结构稳定，无氧气析出。

本发明提供了一种高熵正极材料，具有式(I)所示通式：

Li_1+aA_xB_yC_zD_bO₂M_cN_d 式(I)；

式(I)中，A为+2价金属元素，B为+3价金属元素，C为+4价金属元素，D为+5价金属元素，M为+7价元素，N为+8价元素；

0≤a＜1，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜z＜1，0＜b＜1，0＜c＜1，d＞0。

优选的，所述+2价金属元素包括Ni、Be、Mg、Ca、Sr和Ba中的一种或多种；所述+3价金属元素包括Co和Al中的一种或多种；所述+4价金属元素包括Mn、Al、Ti和Zr中的一种或多种；所述+5价金属元素包括Nb、V和T中的一种或多种；所述+7价元素包括F和Cl中的一种或多种。

优选的，所述+8价元素为晶格氧。

优选的，所述高熵正极材料中含有的氧元素同时具有+6价氧和+8价氧。

本发明还提供了一种上述技术方案所述的高熵正极材料的制备方法，包括以下步骤：

a)通过共沉淀合成含有A、B、C、D、M的一种或多种的前驱体；