本發(fā)明屬于電池正極材料，具體涉及一種碲和鈮摻雜及氮化碳包覆的正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著科技的不斷進(jìn)步，鋰離子電池在便攜式電子設(shè)備、電動汽車、儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，為了解決電動汽車商業(yè)化中行駛里程有限的主要障礙，人們正在開發(fā)富鎳正極材料，然而，富鎳正極材料在性能方面仍存在一些不足之處，如化學(xué)和結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性導(dǎo)致了諸如容量快速衰減、充放電過程中的體積變化和相變，晶格的畸變和坍塌，循環(huán)穩(wěn)定性差。

2、隨著鎳含量的增加，材料的表面活性增加，產(chǎn)生的熱量增多，熱失控的發(fā)生的概率增大，電池的安全性能降低；由于鎳含量增加，活性材料的表面遷移的鋰離子極易與材料表面的碳酸根形成碳酸鋰，并在高壓下分解，極易造成電池脹氣，帶來了結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定和高溫脹氣嚴(yán)重的問題；隨著鎳含量的增加，致使li/ni混排嚴(yán)重，同時也會導(dǎo)致過渡金屬元素也更容易遷移到鋰層，進(jìn)而引起材料從層狀結(jié)構(gòu)向巖鹽和尖晶石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，使得li+在材料界面遷移的阻力增加，不可逆容量的損失大，從而導(dǎo)致材料首次庫倫效率低；在低溫環(huán)境下，電子導(dǎo)電性和離子擴(kuò)散速率差，界面電阻增大，鋰離子遷移速度慢，倍率及循環(huán)性能降低。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明提供了碲和鈮摻雜及氮化碳包覆的正極材料及其制備方法，解決了現(xiàn)有電池正極材料采用鎳基存在的安全性能降低、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定和高溫脹氣嚴(yán)重、首次庫倫效率低、倍率及循環(huán)性能降低的問題。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

3、一種碲和鈮摻雜及氮化碳包覆的正極材料，化學(xué)式為：linixcoymn1-x-y-u-vteunbvo2@c3n4；

4、其中，0.5≤x≤0.98，0<y<0.5，0<u≤0.1，0<v≤0.1，且1-x-y-u-v>0。

5、進(jìn)一步，所述碲和鈮摻雜及氮化碳包覆的正極材料包括碲和鈮摻雜的正極材料，以及包覆于碲和鈮摻雜的正極材料表面的氮化碳。

6、本發(fā)明還公開了所述的一種碲和鈮摻雜及氮化碳包覆的正極材料的制備方法，包括以下步驟：

7、步驟1、按照化學(xué)式中的化學(xué)計量比稱取鎳鹽、鈷鹽、錳鹽、碲鹽和鈮鹽，溶于去離子水中，混合攪拌，得到混合溶液a；

8、步驟2、向混合溶液a中加入沉淀劑，將溶液的ph值調(diào)節(jié)至堿性，攪拌反應(yīng)，得到混合溶液b；

9、步驟3、將混合溶液b進(jìn)行抽濾，洗滌沉淀后，在80-120℃下真空干燥12-24小時，得到前驅(qū)體；

10、步驟4、將前驅(qū)體與鋰鹽充分混合，升溫至600-950℃，保溫8-16小時，自然冷卻至室溫、粉碎、過篩，得到碲和鈮摻雜的正極材料；

11、步驟5、將碲和鈮摻雜的正極材料與含氮前驅(qū)體混合均勻，在惰性氣氛下，升溫至400-600℃，保溫2-6小時，自然冷卻至室溫、粉碎、過篩，得到碲和鈮摻雜及氮化碳包覆的正極材料。

12、進(jìn)一步，步驟1中，轉(zhuǎn)速控制在300-500轉(zhuǎn)/分鐘；

13、所述鎳鹽為硫酸鎳、氯化鎳、碳酸鎳、硝酸鎳中的一種或多種；

14、鈷鹽為硫酸鈷、氯化鈷、碳酸鈷、硝酸鈷中的一種或多種；

15、錳鹽為硫錳、氯化錳、碳酸錳、硝酸錳中的一種或多種；

16、碲鹽為硫酸碲、氯化碲、碲酸鈉中的一種或多種；

17、鈮鹽為鈮酸鈉、草酸鈮、氫氧化鈮中的一種或多種。

18、進(jìn)一步，步驟2中，沉淀劑包括氨水、氫氧化鈉、碳酸鈉中的一種或多種；

19、ph值調(diào)節(jié)至9-12，沉淀劑的滴加速度控制在1-2毫升/分鐘；

20、攪拌轉(zhuǎn)速為400-600轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌反應(yīng)2-6小時，攪拌過程中保持溫度在25-35℃。

21、進(jìn)一步，步驟4中，鋰鹽為碳酸鋰或/和氫氧化鋰；

22、在空氣或氧氣氣氛下，以5-10℃/分鐘的升溫速率升溫至600-950℃。

23、進(jìn)一步，步驟4中，前驅(qū)體與鋰鹽的質(zhì)量比為1：(1.04-1.06)。

24、進(jìn)一步，步驟5中，碲和鈮摻雜的正極材料與含氮前驅(qū)體質(zhì)量比為100：(1-10)。

25、進(jìn)一步，步驟5中，含氮前驅(qū)體為三聚氰胺、尿素、雙氰胺中的一種或多種。

26、進(jìn)一步，步驟5中，惰性氣氛包括氮氣、氬氣、氦氣中的一種或多種；

27、以2-5℃/分鐘的升溫速率升溫至400-600℃。

28、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

29、本發(fā)明還公開了一種碲和鈮摻雜及氮化碳包覆的正極材料，nb摻雜能夠調(diào)節(jié)材料的能帶結(jié)構(gòu)，增加電子的傳輸通道，降低電子傳輸?shù)碾娮瑁瑥亩岣哒龢O材料的倍率性能；te摻雜改變材料的電荷分布情況，在材料內(nèi)部形成更多的活性位點，這些活性位點有利于鋰離子的吸附和脫附，提高正極材料的可逆容量；te與nb共摻雜時，nb改善了電子導(dǎo)電性，為鋰離子的傳輸提供了良好的電子通道，而te增加的活性位點則為鋰離子的存儲和反應(yīng)提供了更多的位置，te/nb二者的協(xié)同改性，有效增強電子導(dǎo)電性和離子擴(kuò)散速率，使得材料在高倍率充放電下表現(xiàn)更優(yōu)異，能夠滿足快速充電和大電流放電的需求；

30、nb摻雜減少正極材料在充放電過程中因結(jié)構(gòu)變化而導(dǎo)致的表面缺陷和不穩(wěn)定性，抑制正極材料表面遷移的鋰離子與材料表面的碳酸根形成碳酸鋰，te摻雜元素與正極材料表面的氧原子形成更強的化學(xué)鍵，減少了氧與碳酸根離子的結(jié)合，從而阻礙了碳酸鋰的生成；nb在正極材料表面形成一層穩(wěn)定的鈍化層，阻止正極材料與電解液之間的直接接觸，減少電解液對正極材料的腐蝕，抑制電解液在正極材料表面的分解反應(yīng)，從而降低電池的自放電率，提高電池的存儲性能，te摻雜改變正極材料的表面化學(xué)性質(zhì)，使其表面對電解液中的有害物質(zhì)具有更強的抵抗能力，減少hf對正極材料的侵蝕；te/nb二者的協(xié)同改性，共同作用抑制正極材料表面遷移的鋰離子與材料表面的碳酸根形成碳酸鋰，二者形成的表面結(jié)構(gòu)可以更好地抵御電解液的侵蝕，抑制副反應(yīng)的發(fā)生，解決了電池脹氣的技術(shù)問題，提高電池的安全性和穩(wěn)定性。

31、通過氮化碳包覆得到te/nb共摻雜及氮化碳包覆的正極材料，采用te/nb共摻雜及氮化碳包覆的協(xié)同改性，可提高材料的熱傳導(dǎo)性能，使熱量能夠更快地散發(fā)出去，同時降低了材料的表面活性，抑制正極材料的體積變化，能夠有效抑制熱失控的發(fā)生，提高了電池的安全性能。

32、本發(fā)明還公開了一種碲和鈮摻雜及氮化碳包覆的正極材料的制備方法，采用te/nb共摻雜的方式制備前驅(qū)體，與鋰鹽燒結(jié)得到te/nb共摻雜正極材料，其中nb摻雜后進(jìn)入晶格結(jié)構(gòu)中，取代部分過渡金屬離子的位置，增強晶格的穩(wěn)定性，減少在充放電過程中因晶格結(jié)構(gòu)變化而導(dǎo)致的材料損壞，抑制相變的發(fā)生，從而提高正極材料的循環(huán)穩(wěn)定性，te摻雜后改變正極材料的局部電子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵性質(zhì)，與周圍的原子形成較強的化學(xué)鍵，增強材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，當(dāng)te與nb共摻雜時，nb穩(wěn)定了晶格的整體框架，而te在局部結(jié)構(gòu)上進(jìn)一步增強了穩(wěn)定性，二者協(xié)同改性，穩(wěn)定了材料的六方α-na?feo2型晶體結(jié)構(gòu)，減少了充放電過程中的體積變化和相變，有效地抑制晶格的畸變和坍塌，緩解了顆粒充放電過程中局部應(yīng)力積累，從而保持了材料的良好機(jī)械穩(wěn)定性和循環(huán)性能；氮化碳的二維層狀結(jié)構(gòu)、多孔結(jié)構(gòu)等特殊結(jié)構(gòu)可以為鋰離子提供額外的傳輸通道和吸附位點，在低溫條件下有助于鋰離子更快速地遷移；氮化碳包覆可以改善正極材料與電解液的界面相容性，降低界面電阻，使鋰離子在界面處的傳輸更加順暢；氮化碳包覆層可以作為一種緩沖層，抑制正極材料的體積變化，保持材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，這樣在低溫循環(huán)過程中，正極材料能夠保持較好的完整性，減少因體積變化導(dǎo)致的活性物質(zhì)損失和性能下降；氮化碳包覆可以提高正極材料的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率，在低溫條件下有助于鋰離子更快速地遷移，提高電池在低溫下的首次庫倫效率、倍率性能、循環(huán)性能。