锂离子电池、表面修饰改性三元材料及制备方法技术

本发明专利技术揭示了表面修饰改性三元正极材料的制备方法，包括：将经过预设工艺条件预处理后的三元正极材料放置于充满指定气氛的原子层沉积反应室中；触发升温程序，使所述反应室的温度处于指定温度范围内；将所述反应室抽真空后，在载气作用下向所述反应室内通入有机硼源，经过第一反应时间后，继续通入所述载气以清除掉过量的有机硼源，得到表面修饰改性三元正极材料第一前驱体；在所述载气作用下将气态氧化剂通入所述反应室中，控制气态氧化剂与所述表面修饰改性三元正极材料第一前驱体反应的第二反应时间后，继续通入所述载气以清除掉过量的气态氧化剂以及反应副产物，得到包覆第一指定量硼氧化物的第一表面修饰改性三元正极材料。

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池、表面修饰改性三元材料及制备方法
本专利技术涉及到新能源领域，特别是涉及到锂离子电池、表面修饰改性三元材料及制备方法。
技术介绍
作为新能源汽车的核心零部件，动力型锂离子电池性能的优劣直接关系到新能源汽车的推广与普及，而这也将为锂离子电池产业提供了一个巨大的市场。作为锂离子电池的重要组成部分，正极材料性能的提升，对锂离子电池性能的提升至关重要。三元正极材料凭借其较高的能量密度，逐渐扩大在新能源汽车用动力型锂离子电池中的市场份额，从而成为现阶段产业界的关注重点。新能源汽车不仅需要车用动力型锂离子电池拥有高的能量密度，而且要求其具备优秀的循环性能和高温存储性能等。因此，新能源汽车的动力型锂离子电池对正极材料具有很高的循环寿命和存储寿命的要求。研究表明影响三元正极材料循环性能与存储性能的一个主要原因是由于三元正极材料表面的降解现象，上述降解现象包括三元正极材料表面的相转变、过渡金属离子的溶出、脱离态下高价过渡金属离子对电解液的氧化，以及锂盐的分解产物HF对三元正极材料表面的腐蚀。针对上述的降解现象，通过表面包覆改性可达到有效的改善效果，但常规液相包覆或固相包覆均无法使包覆物均匀的分布在三元正极材料表面，甚至包覆层不完整，依然影响三元正极材料的动力型锂离子电池性能的发挥，因此，现有技术还有待改进。
技术实现思路
本专利技术的主要目的为提供一种表面修饰改性三元正极材料的制备方法，旨在解决现有包覆方法无法使包覆物均匀的分布在三元正极材料表面的技术问题。本专利技术提出一种表面修饰改性三元正极材料的制备方法，包括：将经过预设工艺条件预处理后的三元正极材料放置于充满指定气氛的原子层沉积反应室中；触发升温程序，使所述反应室的温度处于指定温度范围内；将所述反应室抽真空后，在载气作用下向所述反应室内通入有机硼源，经过第一反应时间后，继续通入所述载气以清除掉过量的有机硼源，得到表面修饰改性三元正极材料第一前驱体；在所述载气作用下将气态氧化剂通入所述反应室中，控制气态氧化剂与所述表面修饰改性三元正极材料第一前驱体反应的第二反应时间后，继续通入所述载气以清除掉过量的气态氧化剂以及反应副产物，得到包覆第一指定量硼氧化物的第一表面修饰改性三元正极材料。优选地，所述在所述载气作用下将气态氧化剂通入所述反应室中，控制气态氧化剂与所述表面修饰改性三元正极材料第一前驱体的反应第二反应时间后，继续通入所述载气以清除掉过量的气态氧化剂以及反应副产物，得到包覆指定量硼氧化物的第一表面修饰改性三元正极材料的步骤之后，还包括：在所述载气作用下将有机锂盐通入所述反应室中，控制指定锂盐与所述第一表面修饰改性三元正极材料表面的硼氧化物反应的第三反应时间后，继续通入所述载气以清除掉过量的有机锂盐,形成表面修饰改性三元正极材料第二前驱体；在所述载气作用下将气态氧化剂通入所述反应室中，控制气态氧化剂与所述表面修饰改性三元正极材料第二前驱体反应的第四反应时间后，继续通入所述载气以清除掉过量的气态氧化剂以及反应副产物，得到包覆第二指定量锂硼氧化物的第二表面修饰改性三元正极材料。优选地，所述有机硼源包括三甲基硼烷、三乙基硼烷、乙硼烷、三氯化硼中的一种或几种。优选地，所述气态氧化剂包括氧气和/或H2O。优选地，所述载气包括氮气和/或氩气。优选地，所述有机锂盐包括烷基锂。优选地，所述烷基锂包括甲基锂、丙基锂、丁基锂、乙基锂、苯基锂中的一种或几种。优选地，所述预设工艺条件包括100℃至150℃温度范围内干燥6h至12h；所述指定温度范围包括100℃至200℃；所述第一反应时间包括0.1s至6s；所述第二反应时间包括0.05s至20s；所述第一反应时间包括0.1s至6s。本专利技术还提供了一种表面修饰改性三元正极材料，通过上述的表面修饰改性三元正极材料的制备方法制备得到；包括三元材料基体以及包覆于三元材料基体表面的纳米级厚度范围的硼化物包覆层；所述纳米级厚度范围包括0.5nm至2nm。本专利技术还提供了一种锂离子电池，包括上述的表面修饰改性三元正极材料的制备方法制备得到表面修饰改性三元正极材料。本专利技术有益技术效果：本专利技术通过原子沉积的方法对以镍钴锰三种过渡金属元素为主体元素的三元正极材料进行硼化合物的包覆，使硼化合物能均匀的包覆在三元正极材料表面，不仅厚度极薄，达到纳米级，以保证充放电过程中的锂离子在三元正极材料表界面的脱出与嵌入；而且硼化合物包覆层的厚度可控，包覆层完整，能更好的发挥出含硼化合物包覆层对正极材料表面的保护作用，减小三元正极材料表面与电解液的直接接触，从而提高三元正极材料的稳定性及加工性能等综合性能，进而提高以三元正极材料为正极活性物的动力型锂离子电池的性能，特别是循环性能和存储性能等长时间的电化学性能。附图说明图1本专利技术一实施例的表面修饰改性三元正极材料的SEM图片；图2本专利技术一实施例的表面修饰改性三元正极材料对应锂离子电池的循环性能图；图3本专利技术一实施例的表面修饰改性三元正极材料的对应锂离子电池的在60℃下的容量保持率变化曲线图；图4本专利技术一实施例的表面修饰改性三元正极材料的对应锂离子电池的在60℃下的体积膨胀率变化曲线图。本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术一实施例的表面修饰改性三元正极材料的制备方法，包括：S1：将经过预设工艺条件预处理后的三元正极材料放置于充满指定气氛的原子层沉积反应室中。三元正极材料以镍钴锰三种过渡金属元素为主体元素，通式表示为LiNixCoyMnzO2(0≤x,y,z<1)。本实施例的三元正极材料的形貌包括单晶形貌或二次颗粒形貌。本实施例的预设工艺条件包括：100℃至150℃温度范围内干燥6h至12h，以便充分除去三元正极材料的水分，以便提高三元正极材料的表面包覆效果，以及减少包覆过程的副产物。本实施例的指定气氛包括干燥空气，以保证三元正极材料放入原子层沉积反应室时，不影响三元正极材料的水分含量。S2：触发升温程序，使所述反应室的温度处于指定温度范围内。本实施例在将干燥的三元正极材料放入原子层沉积反应室后，通过触发升温程序使原子层沉积反应室的温度满足包覆反应的温度要求。本实施例的指定温度范围包括100℃至200℃，反应室内的温度达到指定温度范围后，对反应室抽真空10s至20s，以净化包覆反应环境，减少副反应的发生，提高包覆产物的纯度。S3：将所述反应室抽真空后，在载气作用下向所述反应室内通入有机硼源，经过第一反应时间后，继续通入所述载气以清除掉过量的有机硼源，得到表面修饰改性三元正极材料第一前驱体。本实施例的载气包括高纯氮气和/或氩气，有机硼源包括三甲基硼烷、三乙基硼烷、乙硼烷、三氯化硼中的一种或几种。通过将有机硼源与载气混合成含有指定量有机硼源的载气流，通过控制载气流中有机硼源的含量控制包覆层中硼的含量。本实施例的有机硼源为分析纯以上级别的高纯试剂。本实施例的第一反应时间包括0.1s至6s，有机硼源在100℃至200℃温度范围内的真空条件下发生反应，使有机硼源以硼原子的形式与三元正极材料表面的H、O元素发生键合，并附着在三元正极材料的表面；通过载气清除掉过量的有机硼源(即无法附着在三元正极材料表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面修饰改性三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括：将经过预设工艺条件预处理后的三元正极材料放置于充满指定气氛的原子层沉积反应室中；触发升温程序，使所述反应室的温度处于指定温度范围内；将所述反应室抽真空后，在载气作用下向所述反应室内通入有机硼源，经过第一反应时间后，继续通入所述载气以清除掉过量的有机硼源，得到表面修饰改性三元正极材料第一前驱体；在所述载气作用下将气态氧化剂通入所述反应室中，控制气态氧化剂与所述表面修饰改性三元正极材料第一前驱体反应的第二反应时间后，继续通入所述载气以清除掉过量的气态氧化剂以及反应副产物，得到包覆第一指定量硼氧化物的第一表面修饰改性三元正极材料。

【技术特征摘要】
1.一种表面修饰改性三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括：将经过预设工艺条件预处理后的三元正极材料放置于充满指定气氛的原子层沉积反应室中；触发升温程序，使所述反应室的温度处于指定温度范围内；将所述反应室抽真空后，在载气作用下向所述反应室内通入有机硼源，经过第一反应时间后，继续通入所述载气以清除掉过量的有机硼源，得到表面修饰改性三元正极材料第一前驱体；在所述载气作用下将气态氧化剂通入所述反应室中，控制气态氧化剂与所述表面修饰改性三元正极材料第一前驱体反应的第二反应时间后，继续通入所述载气以清除掉过量的气态氧化剂以及反应副产物，得到包覆第一指定量硼氧化物的第一表面修饰改性三元正极材料。2.根据权利要求1所述的表面修饰改性三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述在所述载气作用下将气态氧化剂通入所述反应室中，控制气态氧化剂与所述表面修饰改性三元正极材料第一前驱体反应第二反应时间后，继续通入所述载气以清除掉过量的气态氧化剂以及反应副产物，得到包覆指定量硼氧化物的第一表面修饰改性三元正极材料的步骤之后，还包括：在所述载气作用下将有机锂盐通入所述反应室中，控制指定锂盐与所述第一表面修饰改性三元正极材料表面的硼氧化物反应的第三反应时间后，继续通入所述载气以清除掉过量的有机锂盐,形成表面修饰改性三元正极材料第二前驱体；在所述载气作用下将气态氧化剂通入所述反应室中，控制气态氧化剂与所述表面修饰改性三元正极材料第二前驱体反应的第四反应时间后，继续通入所述载气以清除掉过量的气态氧化剂以及反应副产物，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈巍，张耀，李鲲，
申请(专利权)人：欣旺达电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44