本发明涉及一种富镍三元正极材料，具体涉及一种ta掺杂改性的富镍三元正极材料及其制备与应用。
背景技术：
1、锂离子电池作为一种新型动力储存装置凭借其高能量密度和环保特性而被广泛应用于储能和电动汽车中。正极材料作为锂离子电池的关键组成部分，决定着锂离子电池的性能和成本。富镍三元正极材料linixcoymn1-x-yo2(ncm，0.6<x<1，0<y<1，且0<1-x-y<1)具有较高比容量和成本低廉的优点，可满足目前电动汽车以及混合动力汽车对长续航里程的要求，被视为现阶段最有前途的商业正极材料之一。
2、然而，由于富镍正极容量衰减快问题，严重阻碍了其商业和实际应用。富镍正极材料的电池性能下降主要是由于在循环过程中经历了较大的各向异性体积变化，导致微裂纹萌生并在长循环过程中扩展。这些微裂纹为电解质的进入提供了更多的通道，加速了电解质的分解和有害结构转变，从层状到电化学惰性盐岩相。为了解决上述问题，人们尝试了很多尝试，例如元素掺杂、表面改性和结构设计等方法。其中，元素掺杂被认为是修饰正极材料的一种简单而重要的策略，掺杂元素进入材料晶格后，可以提升相变可逆性和结构稳定性，进而改善材料的电化学性能。
3、现有文献1(一种lzsp包覆改性的三元正极材料及其制备方法，专利号为cn115513426a)通过干法或者湿法将lzsp(li3zr2si2po12)包覆在三元正极材料的表面，利用包覆剂lzsp具有离子电导率、优异的空气稳定性和热稳定性，将其包覆在三元正极材料的表面后，一方面能够抑制副反应的发生，另一方面包覆后的三元正极材料具有高离子电导率，能够极大提高锂离子的传输速率，减小循环过程中极化增大的问题；同时由于lzsp为锂离子化合物，能够缓冲充放电过程中晶格体积变化，减少微裂纹的产生，使得包覆后三元正极材料的循环倍率性能得到提升。但是文献1利用包覆的方法并不能从根本上改善因为应力集中而产生微裂纹的问题，只能在材料表面形成一层包覆层；没有体现三元正极材料循环稳定性的提高，只涉及了循环倍率的提升。文献2([1]parkn y,kim s b,kimm c,etal.mechanism ofdoping with high-valence elements fordeveloping ni-richcathode materials[j].advanced energy materials,2023(34):13)掺杂高价元素(如nb、ta和mo)可显著抑制初级颗粒的粗化，从而在650～800℃的煅烧温度范围内保持正极的微观结构。通过掺杂高价元素，可以在不牺牲微观结构完整性的情况下最大限度地提高结晶度，电化学性能更强。但是文献2的电化学性能仅在0.5c倍率下，经过100次循环，容量保持率最高为87％。因此，现有三元正极材料的电化学性能仍然不佳。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种ta掺杂改性的富镍三元正极材料及其制备与应用，解决了现有三元正极材料的电化学性能仍然不佳的问题。本发明经ta掺杂改性后，制得的富镍三元正极材料不仅有效地减少了微裂纹的产生，增强了富镍正极材料的结构稳定性，而且具有优异的倍率性能和循环稳定性，尤其在高截止电压下，循环稳定性得到了明显改善。
2、为了达到上述目的，本发明提供了一种ta掺杂改性的富镍三元正极材料的制备方法，该方法包含：
3、(1)将镍钴锰氢氧化物前驱体和钽源混合均匀，干磨，再加入lioh·h2o混合均匀，干磨，得到固体粉末；
4、(2)将固体粉末在氧气氛围下于450℃～550℃下预烧，再升温至700℃～850℃下保温煅烧，冷却后得到所述ta掺杂改性的富镍三元正极材料；
5、所述镍钴锰氢氧化物前驱体为nixcoymn1-x-y(oh)2，其中0.6<x<1，0<y<1，且0<1-x-y<1。
6、当煅烧温度越高或越低时，不论是原始富镍正极，还是改性的富镍正极都达不到其最好的容量。尤其是煅烧温度为800℃，原始富镍正极和改性的富镍正极都有很好的初始比容量和循环稳定性。
7、优选地，在步骤(1)中，所述钽源为五氧化二钽。
8、优选地，在步骤(1)中，所述镍钴锰氢氧化物前驱体为ni0.8co0.1mn0.1(oh)2。
9、优选地，在步骤(1)中，所述钽源与所述镍钴锰氢氧化物前驱体的物质的量比为(0.005～0.02)∶1，所述镍钴锰氢氧化物前驱体与所述lioh·h2o的物质的量比为1∶1.05。随着氢氧化物前驱体中镍含量的增加，得到的正极材料的比容量也会增加。但是随着比容量的增加，其稳定性会变差；但是镍含量越高，其稳定性又不好，不能满足现在电动汽车对于锂离子电池的要求(循环寿命长)。随着氢氧化物前驱体中镍含量的减少，得到的正极材料的比容量也会较少，随着比容量的较少，其稳定性会变好。以及镍含量越低，比容量越少不满足现在电动汽车对于锂离子电池的要求(能量密度高)。
10、更优选地，所述钽源与所述镍钴锰氢氧化物前驱体的物质的量比为0.01∶1；所述干磨的时间均为10～30min，干磨时间越长，各元素混合更均匀一些。
11、优选地，在步骤(1)中，优选地，在步骤(2)中，所述预烧和所述煅烧的升温速率均为2～5℃/min。
12、更优选地，所述预烧和所述煅烧的升温速率均为2℃/min。
13、优选地，在步骤(2)中，所述预烧的时间为5～8小时，所述煅烧的时间为12～18小时。
14、本发明提供了一种如所述的制备方法制得的ta掺杂改性的富镍三元正极材料。
15、本发明提供了一种如所述的ta掺杂改性的富镍三元正极材料在锂离子电池中的应用。
16、本发明的一种ta掺杂改性的富镍三元正极材料及其制备与应用，解决了现有三元正极材料的电化学性能仍然不佳的问题，具有以下优点：
17、1、本发明通过镍钴锰氢氧化物前驱体与锂盐混合的过程中同时加入了不同含量的钽源，从而制得了钽掺杂的富镍三元正极材料。
18、2、本发明掺杂的ta为高价元素，由于电荷补偿作用，会增加ni2+离子的相对含量，引起更多的ni2+离子迁移到li层，能够在li层起到支撑作用，同时钽的离子半径较大，掺杂进过渡金属层的钽能够扩大锂离子扩散通道，使得li+离子迁移能够以更快的速度进行。
19、3、本发明经ta掺杂改性后制得的富镍三元正极材料，其形貌使正极材料的初级颗粒粒径明显减小，有效地减少了微裂纹的产生，增强了富镍正极材料的结构稳定性，该富镍三元正极材料不仅具有优异的倍率性能和循环稳定性，而且在高截止电压下，循环稳定性得到了明显改善。
20、4、本发明制备钽掺杂的富镍三元正极材料的方法简单，工艺及技术容易实现，可以大规模商业化应用，而且该方法可用于钽在其他三元正极材料或者富锂正极材料中掺杂。
1.一种ta掺杂改性的富镍三元正极材料的制备方法，其特征在于，该方法包含：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述钽源为五氧化二钽。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述镍钴锰氢氧化物前驱体为ni0.8co0.1mn0.1(oh)2。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述钽源与所述镍钴锰氢氧化物前驱体的物质的量比为(0.005～0.02)∶1，所述镍钴锰氢氧化物前驱体与所述lioh·h2o的物质的量比为1∶1.05。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述钽源与所述镍钴锰氢氧化物前驱体的物质的量比为0.01∶1；所述干磨的时间均为10～30min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述预烧和所述煅烧的升温速率均为2～5℃/min。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述预烧和所述煅烧的升温速率均为2℃/min。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述预烧的时间为5～8小时，所述煅烧的时间为12～18小时。
9.一种如权利要求1～8任一项所述的制备方法制得的ta掺杂改性的富镍三元正极材料。
10.一种如权利要求9所述的ta掺杂改性的富镍三元正极材料在锂离子电池中的应用。
