改性四元正极材料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术公开了用于锂电池的改性四元正极材料及其制备方法和具有该改性四元正极材料的锂电池。该改性四元正极材料包括：四元正极材料内核；第一包覆层，所述第一包覆层包含Li

【技术实现步骤摘要】
改性四元正极材料及其制备方法和用途
本专利技术涉及锂电池
，具体而言，本专利技术涉及用于锂电池的改性四元正极材料及其制备方法和具有该改性四元正极材料的锂电池。
技术介绍
当前，汽车行业在燃油经济性和减排方面面临越来越严格的要求。因此，人们非常关注电动和电动混合动力汽车中使用的可充电锂离子电池。而在锂离子电池中，正极材料起着至关重要的作用。目前，富镍锂过渡金属氧化物被认为是最有前景的候选材料，因为其可以通过增加镍含量来提高锂离子电池的比容量。但是，由此产生的锂离子电池不良循环稳定性和倍率能力可能会阻碍这种材料的应用。因而，现有的四元正极材料仍有待深入研究。
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改性四元正极材料及其制备方法和用途。该改性四元正极材料通过采用Li2O-2B2O3导电玻璃以及金属氧化物和/或氢氧化物进行二次包覆改性，可以获得优异的容量、首效和循环性能。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种用于锂电池的改性四元正极材料。根据本专利技术的实施例，该改性四元正极材料包括：四元正极材料内核；第一包覆层，所述第一包覆层包含Li2O-2B2O3，所述第一包覆层形成在所述四元正极材料内核的至少部分表面；第二包覆层，所述第二包覆层包含M的氧化物和/或氢氧化物，M为Mg、Al、Zr、Ti、Fe中的至少之一，所述第二包覆层形成在所述第一包覆层的至少部分表面。根据本专利技术实施例的改性四元正极材料，其具有包含Li2O-2B2O3(四硼酸锂，LBO)导电玻璃的第一包覆层以及包含金属(M)氧化物和/或氢氧化物的第二包覆层。LBO是一种具有良好锂离子导电性能的导体，且具有良好的润湿性能和相对较低的粘度，很容易在四元正极材料内核表面形成均匀涂层并包覆四元正极材料内核本体，改善锂离子在正极材料中脱出和嵌入的过程。另一方面，由于M元素包覆的正极材料在高氧化电位下稳定，第二包覆层可以起到更好的支撑作用。在高压充电状态下，大量锂离子嵌出，M可以以离子的形式有效维持晶格结构的稳定，抑制层状结构向尖晶石结构的转变和锂离子/镍离子混排，保留更多的可逆锂位，从而提高材料的可逆放电容量，电池的首效性能也随之提高。此外，材料中M(s)-O(p)键之间的结合力远远大于Ni-O键、Co-O键或Mn-O键的结合力，因而，M元素的包覆还可以有效抑制正极材料在高截止电压下释氧严重、晶格结构不稳定、易发生结构坍塌及相变等情况的发生，从而提高电池的大电流充放电性能和长循环稳定性。综上所述，本专利技术提供的改性四元正极材料具有优异的容量、首效和循环性能。另外，根据本专利技术上述实施例的改性四元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，所述四元正极材料内核具有如式(I)所示的组成，LiNixCoyMnzAl(1-x-y-z)O2(I)式(I)中，0.8≤x≤1、0≤y≤0.1、0≤z≤0.1。在本专利技术的一些实施例中，所述第一包覆层的质量占含所述改性四元正极材料总质量的0.0005～1％。在本专利技术的一些实施例中，所述第二包覆层的质量占含所述改性四元正极材料总质量的0.0005～1％。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改性四元正极材料的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：(1)将锂源、硼源和溶剂混合，得到包覆液；(2)将所述包覆液与四元正极材料前驱体混合，得到第一混料；(3)对所述第一混料进行第一煅烧处理，得到第一产物；(4)将所述第一产物与M源混合，得到第二混料；(5)对所述第二混料进行第二煅烧处理，得到所述改性四元正极材料。由此，该方法通过湿法包覆形成第一包覆层、通过干法包覆形成第二包覆层，从而制备得到高性能的改性四元正极材料，且该方法操作简单、周期短，易于工业化实施。另外，根据本专利技术上述实施例的制备改性四元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，所述锂源包括选自硝酸锂、碳酸锂、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，述硼源包括选自硼酸、氧化硼中的至少之一。在本专利技术的一些实施例中，所述第一煅烧处理在600～1050℃下进行5～15h完成。在本专利技术的一些实施例中，在进行所述第一煅烧处理之前，预先对所述第一混料进行热处理，以便除去所述溶剂。在本专利技术的一些实施例中，所述第二煅烧处理在200～650℃下进行5～10h完成。在本专利技术的再一方面，本专利技术提出了一种锂离子电池。根据本专利技术的实施例，该锂离子电池包括：上述实施例的改性四元正极材料。由此，该锂离子电池具有前文针对改性四元正极材料描述的全部特征和优点，在此不再一一赘述。总得来说，该锂离子电池具有优异的容量、首效和循环性能等电性能。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改性四元正极材的方法流程示意图；图2是实施例1制备得到的改性四元正极材料产品A的首次充放电曲线图；图3是对比例1制备得到的改性四元正极材料产品B的首次充放电曲线图；图4是改性四元正极材料产品A和B的循环容量保持率曲线图。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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种用于锂电池的改性四元正极材料。根据本专利技术的实施例，该改性四元正极材料包括：四元正极材料内核；第一包覆层，所述第一包覆层包含Li2O-2B2O3，所述第一包覆层形成在所述四元正极材料内核的至少部分表面；第二包覆层，所述第二包覆层包含M的氧化物和/或氢氧化物，M为Mg、Al、Zr、Ti、Fe中的至少之一，所述第二包覆层形成在所述第一包覆层的至少部分表面。专利技术人在研究中发现，LBO是一种具有良好锂离子导电性能的导体，且具有良好的润湿性能和相对较低的粘度，很容易在四元正极材料内核表面形成均匀涂层并包覆四元正极材料内核本体，改善锂离子在正极材料中脱出和嵌入的过程。而在高压锂离子电池中，锂离子过度脱出可能会提高电池充电比容量，但也极可能使材料内部出现塌陷或者锂离子/镍离子混排现象，对电池的首效性能和长循环性能造成不利影响。本专利技术提供的改性四元正极材料通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锂电池的改性四元正极材料，其特征在于，包括：/n四元正极材料内核；/n第一包覆层，所述第一包覆层包含Li

【技术特征摘要】
1.一种用于锂电池的改性四元正极材料，其特征在于，包括：
四元正极材料内核；
第一包覆层，所述第一包覆层包含Li2O-2B2O3，所述第一包覆层形成在所述四元正极材料内核的至少部分表面；
第二包覆层，所述第二包覆层包含M的氧化物和/或氢氧化物，M为Mg、Al、Zr、Ti、Fe中的至少之一，所述第二包覆层形成在所述第一包覆层的至少部分表面。


2.根据权利要求1所述的改性四元正极材料，其特征在于，所述四元正极材料内核具有如式(I)所示的组成，
LiNixCoyMnzAl(1-x-y-z)O2(I)
式(I)中，0.8≤x≤1、0≤y≤0.1、0≤z≤0.1。


3.根据权利要求1所述的改性四元正极材料，其特征在于，所述第一包覆层的质量占含所述改性四元正极材料总质量的0.0005～1％；
任选地，所述第二包覆层的质量占含所述改性四元正极材料总质量的0.0005～1％。


4.一种制备权利要求1～3任一项所述的改性四元正极材料的方法，其特征在于，包括：
(1)将锂源、硼源和溶剂混合，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王壮，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32