锂电池正极材料及其制备方法和锂电池技术

本发明专利技术公开了锂电池正极材料及其制备方法和锂电池。其中，锂电池正极材料包括：钴酸锂内核、锂‑硼掺杂层以及铝包覆层；锂‑硼掺杂层形成在钴酸锂内核的至少一部分表面；铝包覆层形成在锂‑硼掺杂层的至少一部分表面。该锂电池正极材料具有优秀的可逆容量和高压抗衰减性能，应用于锂电池中可显著提高锂电池的容量、倍率性能和循环性能。

Cathode material and preparation method of lithium battery and lithium battery

【技术实现步骤摘要】
锂电池正极材料及其制备方法和锂电池
本专利技术涉及锂电池
，具体而言，本专利技术涉及锂电池正极材料及其制备方法和锂电池。
技术介绍
正极材料是制约动力电池能量密度的关键要素之一。目前常见的锂离子动力电池正极材料主要有尖晶石结构的锰酸锂(LiMn2O4)，橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO4)和层状结构的钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)。锰酸锂是尖晶石型嵌理化合物的典型代表，可逆容量在120mAh/g左右，具有安全性好、无环境污染、工作电压高、成本低廉等特点，其三维隧道结构更有利于锂离子的嵌入和脱出，适合用作锂离子动力电池的正极材料，但其低容量限制了广泛推广。橄榄石结构的磷酸铁锂，具有安全性高、成本较低的优点，但存在放电电压低(3.3V)、振实密度低等不足，因此此材料在能量密度要求不高的电动大巴和插电式混合动力市场占有率较高，但是在能量密度要求更高的电动轿车市场处于劣势。层状镍酸锂比容量高，但是制备时易生成非化学计量比的产物，结构稳定性和热稳定性差。上述几种正极材料的缺点都制约了自身在电动汽车电池的进一步应用，因此寻找新的正极材料成了研究的重点。LiNiO2与LiCoO2同为α-NaFeO2结构，且Ni、Co为同周期相邻元素，因此它们能以任意比例混合形成固溶体并且保持层状结构不变，具有很好的结构互补性。同时，它们在电化学性能上互补性也很好。因此，开发复合正极材料成了锂离子电池正极材料的研究方向之一。其中，层状Li-Ni-Co-Al-O系列材料(简称NCA材料)较好地兼备了以上的优点。专利CN108232304A中采用NCA正极材料，高容量石墨负极材料，以及优化铜铝箔厚度来提升电池能量密度，但是充电电压为常规4.2V，循环性能较差。专利CN108511748A中采用镍钴锰酸三元锂(NCM)正极材料和石墨类负极材料，通过优化工艺来提高电池能量密度，NCM正极材料镍含量≤60％，电池充电电压为常规4.2V，虽然电池循环性能较好，但是能量密度提高有限。由此可见，现有的锂离子电池正极材料仍有待改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出锂电池正极材料及其制备方法和锂电池。该锂电池正极材料具有优秀的可逆容量和高压抗衰减性能，应用于锂电池中可显著提高锂电池的容量、倍率性能和循环性能。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种锂电池正极材料。根据本专利技术的实施例，该锂电池正极材料包括：钴酸锂内核；锂-硼掺杂层，所述锂-硼掺杂层形成在所述钴酸锂内核的至少一部分表面；以及铝包覆层，所述铝包覆层形成在所述锂-硼掺杂层的至少一部分表面。根据本专利技术实施例的锂电池正极材料，通过锂-硼掺杂层对钴酸锂内核进行包覆，可以显著提高钴酸锂单晶颗粒的结构稳定性，并提高正极材料的比容量。铝包覆层形成在锂-硼掺杂层的至少一部分表面，可以起到稳定正极-电解液界面的作用，进一步提高内核钴酸锂的稳定性。同时铝包覆层中的部分铝可以进入锂-硼掺杂相，与锂、硼协同作用于钴酸锂内核，提高钴酸锂的可逆容量和高压抗衰减性能。由此，本专利技术的锂电池正极材料通过采用钴酸锂单晶核心、次外层锂-硼掺杂层和最外层铝包覆层的多层复合结构，获得了优秀的可逆容量和高压抗衰减性能。将该正极材料应用于锂电池中，可显著提高锂电池的容量、倍率性能和循环性能。另外，根据本专利技术上述实施例的锂电池正极材料还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，所述钴酸锂内核的平均粒径为1～10μm。在本专利技术的一些实施例中，所述锂-硼掺杂层由锂盐和硼酸形成。在本专利技术的一些实施例中，所述锂盐包括选自碳酸锂、硝酸锂、一水合氢氧化锂中的至少之一。在本专利技术的一些实施例中，所述锂-硼掺杂层的平均厚度为0.1～10nm。在本专利技术的一些实施例中，所述铝包覆层由氧化铝形成。在本专利技术的一些实施例中，所述铝包覆层的平均厚度为0.1～10nm。在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种制备上述实施例的锂电池正极材料的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：(1)提供钴酸锂内核；(2)将锂盐与硼酸水溶液混合，配制得到锂-硼混合液；将所述钴酸锂内核与所述锂-硼混合液混合；(3)将步骤(2)所得混料进行焙烧处理，以便在所述钴酸锂内核的至少一部分表面形成锂-硼掺杂层，得到锂电池正极材料前体；(4)将有机铝与溶剂混合，配制得到铝分散液；将所述锂电池正极材料前体与铝分散液混合，以便在所述锂电池正极材料前体的至少一部分表面形成铝包覆层，得到所述锂电池正极材料。由此，该方法利用锂盐可溶于稀酸的性质，采用锂盐和硼酸水溶液制备得到锂-硼混合液，并利用该锂-硼混合液对钴酸锂材料进行改性，通过液相吸附的方式向钴酸锂表面引入锂元素和硼元素，进而通过焙烧处理形成稳定的锂-硼掺杂层，获得锂电池正极材料前体。进一步地，将含有有机铝的铝分散液向锂-硼掺杂层引入铝元素，获得锂电池正极材料产品。该方法工艺简单，容易放大生产，制备得到的锂电池正极材料具有优秀的可逆容量和高压抗衰减性能。将该正极材料应用于锂电池中，可显著提高锂电池的容量、倍率性能和循环性能。另外，根据本专利技术上述实施例的制备锂电池正极材料的方法还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，所述硼酸水溶液的质量分数为0.5～5.0g/100mL。在本专利技术的一些实施例中，所述焙烧处理在450～600℃下进行。在本专利技术的一些实施例中，所述有机铝包括选自三甲基铝、三乙基铝和三异丁基铝中的至少之一。在本专利技术的一些实施例中，所述溶剂包括选自苯、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷1,2-二氯乙烷和四氢呋喃中的至少之一。在本专利技术的再一方面，本专利技术提出了一种锂电池。根据本专利技术的实施例，该锂电池包括：正极、隔膜、负极和电解液，其中，所述正极包括上述实施例的锂电池正极材料。由此，该锂电池具有前文针对锂电池正极材料所描述的全部特征和优点，在此不再一一赘述。总得来说，该锂电池具有优秀的容量、倍率性能和循环性能。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术一个实施例的制备锂电池正极材料的方法流程示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种锂电池正极材料。根据本专利技术的实施例，该锂电池正极材料包括：钴酸锂内核、锂-硼掺杂层以及铝包覆层；锂-硼掺杂层形成在钴酸锂内核的至少一部分表面；铝包覆层形成在锂-硼掺杂层的至少一部分表面。根据本专利技术实施例的锂电池正极材料，通过锂-硼掺杂层对钴酸锂内核进行包覆，可以显著提高钴酸锂单晶颗粒的结构稳定性，并提高正极材料的比容量。铝包覆层形成在锂-硼掺杂层的至少一部分表面，可以起到稳定正极-电解液界面的作用，进一步提高内核钴酸锂的稳定性。同时铝包覆层中的部分铝可以进入锂-硼掺杂相，与锂、硼本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂电池正极材料，其特征在于，包括：钴酸锂内核；锂‑硼掺杂层，所述锂‑硼掺杂层形成在所述钴酸锂内核的至少一部分表面；铝包覆层，所述铝包覆层形成在所述锂‑硼掺杂层的至少一部分表面。

【技术特征摘要】
1.一种锂电池正极材料，其特征在于，包括：钴酸锂内核；锂-硼掺杂层，所述锂-硼掺杂层形成在所述钴酸锂内核的至少一部分表面；铝包覆层，所述铝包覆层形成在所述锂-硼掺杂层的至少一部分表面。2.根据权利要求1所述的锂电池正极材料，其特征在于，所述钴酸锂内核的平均粒径为1～10μm。3.根据权利要求1所述的锂电池正极材料，其特征在于，所述锂-硼掺杂层由锂盐和硼酸形成；任选地，所述锂盐包括选自碳酸锂、硝酸锂、一水合氢氧化锂中的至少之一。4.根据权利要求1所述的锂电池正极材料，其特征在于，所述锂-硼掺杂层的平均厚度为0.1～10nm。5.根据权利要求1所述的锂电池正极材料，其特征在于，所述铝包覆层由氧化铝形成。6.根据权利要求1或5所述的锂电池正极材料，其特征在于，所述铝包覆层的平均厚度为0.1～10nm。7.一种制备权利要求1～6任一项所述的锂电池正极材料的方法，其特征在于，包括：(1)提供钴酸锂内核；(2)将锂盐与硼酸水...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雷，李子凡，周昊，
申请(专利权)人：昆山宝创新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32