一种表面包覆改性的锂离子电池正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种表面包覆改性的锂离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：1，将镍钴锰三元材料基体、金属氧化物和含硼化合物进行混合，形成混合物；2，将混合物进行烧结，得到烧结产物；3，将烧结产物进行后处理，得到硼‑金属氧化物复合包覆的镍钴锰酸锂正极材料。本发明专利技术采用一步烧结法对三元材料进行包覆改性，方法简单，生产效率高，适合工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种表面包覆改性的锂离子电池正极材料及其制备方法
本专利技术涉及锂电池正极材料领域，特别涉及一种表面包覆的镍钴锰三元材料的锂离子电池正极材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池具有体积小、能量密度高、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应等优点，被广泛应用于便携式电子设备以及电动汽车等领域。目前常用的锂离子电池正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和镍钴锰三元材料，其中镍钴锰三元材料结合了镍钴锰的优点，被认为是最具应用前景的正极材料之一。对于三元材料来言，随着镍含量的增加，材料的比容量增加，可以更好地满足当前电动汽车对电池能量密度日益增长的需求，但与此同时，材料的循环性能和热稳定性变差，限制了材料的实际应用。原因如下：(1)随着镍含量增加，材料会吸收空气中的水分和二氧化碳，然后与材料表面的残余锂以及迁移到材料表面的锂离子发生反应生成碳酸锂和氢氧化锂，增大了电池内阻并使电池容易出现胀气现象；(2)三元材料在脱锂状态下Ni4+非常不稳定，反应性很强，材料易于与电解液发生反应，从而产生高的界面内阻，导致材料容量迅速衰减，循环性能变差。因此需要对三元材料进行包覆，通过包覆可以有效的减少材料与电解液之间的副反应，提高材料的电化学性能。虽然现有研究取得了一定的进展，但是由于三元材料自身的缺陷，现有的包覆和掺杂改性的方法，依然存在着难以均匀掺杂或包覆，成本高以及不能满足高循环性能的要求。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，结果发现：采用纳米金属氧化物和含硼化合物对镍钴锰三元材料进行共同包覆，能够抑制电极与电解液间的反应，改善材料的循环性能，提高材料的放电容量，从而完成了本专利技术。具体来说，本专利技术的目的在于提供以下方面：本专利技术一方面提供了一种镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：步骤1，将镍钴锰三元材料基体、金属氧化物和含硼化合物进行混合，形成混合物；步骤2，将混合物进行烧结，得到烧结产物；步骤3，将烧结产物进行后处理，得到硼-金属氧化物复合包覆的镍钴锰酸锂正极材料。其中，步骤1中，所述镍钴锰三元材料基体由式LiNixCoyMn1-x-yO2表示，其中0.5≤x＜1，0.08≤y＜0.2。其中，步骤1中，所述含硼化合物为氧化硼、偏硼酸、硼酸中的一种或多种，加入量为镍钴锰三元材料基体质量的0.01-5％。其中，步骤1中，所述金属氧化物选自氧化镁、氧化钛、氧化铝、氧化锆和氧化钇中的一种或多种，加入量为镍钴锰三元材料基体质量的0.01-2.5％。其中，所述金属氧化物的粒径为1nm-1000nm。其中，步骤1中，所述混合为球磨混合。其中，步骤1中，所述混合如下进行：在300-1000rpm的转速下混合20min-4h。其中，步骤2中，所述烧结温度为150～700℃，烧结时间为3～20h。其中，步骤3中，所述后处理为过筛。本专利技术另一方面提供了根据本专利技术第一方面所述方法得到的硼-金属氧化物复合包覆的镍钴锰酸锂正极材料，优选利用上述方法制备而得。本专利技术提供的表面包覆改性的锂离子电池正极材料及其制备方法够取得诸多有益效果，包括：(1)本专利技术采用含硼化合物和纳米金属氧化物对镍钴锰三元材料进行共包覆，二者之间协同作用，使得所得的材料具有更高的放电容量和更好的循环性能。(2)本专利技术采用金属氧化物包覆能够抑制电极材料表面与电解液发生反应，提高材料的安全性能和循环稳定性；与不添加金属氧化物时相比，例如55℃下循环50周后容量保持率可以提高3.0％以上；采用含硼化合物能够促进正极材料中的锂离子在电极材料和电解液之间的传递，从而提高材料的比容量及倍率性能。例如，常温25℃的条件下，0.1C放电容量由不添加含硼化合物时的188.0mAh/g左右提高到190.0mAh/g以上，甚至提高到192.0mAh/g以上，1C放电容量由170.0mAh/g左右提高到172.0mAh/g以上，甚至提高到174.0mAh/g。(3)本专利技术采用简单的一步烧结法对镍钴锰三元材料进行包覆改性，在降低成本的同时有益于材料性能的提高，与两步烧结相比，例如其0.1C放电容量和1C放电容量分别提高至少5.0mAh/g和8.0mAh/g，甚至分别提高5.5mAh/g和8.0mAh/g以上。而且该方法简单，生产效率高，适合工业化生产。附图说明图1示出实施例1中制备的产品的SEM图；图2示出对比例1中制备的产品的SEM图；图3示出对比例2中制备的产品的SEM图；图4示出对比例3中制备的产品的SEM图。具体实施方式下面通过附图和实施例对本专利技术进一步详细说明。通过这些说明，本专利技术的特点和优点将变得更为清楚明确。本专利技术中，一方面提供了一种镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，该方法包括如下几个步骤：步骤1，将镍钴锰三元材料基体、金属氧化物和含硼化合物进行混合，形成混合物；其中，本专利技术中所述一种镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，也即一种表面包覆改性的锂离子电池正极材料的制备方法。根据本专利技术一种优选的实施方式，步骤1中，所述镍钴锰三元材料基体由式LiNixCoyMn1-x-yO2表示，其中0.5≤x＜1，0.08≤y＜0.2。镍钴锰三元材料可以通过调整元素之间的比值，控制材料的电学性能。一般来说，活性金属成分含量越高，材料容量就越大。镍可以提高材料的容量，但当镍的含量过高时，会引起Ni2+占据Li+位置，加剧了阳离子混排，从而导致容量降低。Co正好可以抑制阳离子混排，而且稳定材料层状结构；Mn4+不参与电化学反应，可提供安全性和稳定性，同时降低成本。将镍钴锰三中元素的含量控制在一定的范围内，通过元素间的协同作用，能够使得镍钴锰三元材料的比容量高，循环寿命长。在进一步优选的实施方式中，所述镍钴锰三元材料基体为LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2或LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2单晶材料。在更进一步优选的实施方式中，所述镍钴锰三元材料基体为LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2。根据本专利技术一种优选的实施方式，步骤1中，所述含硼化合物为氧化硼、偏硼酸、硼酸中的一种或几种。在进一步优选的实施方式中，所述含硼化合物为硼酸。其中含硼化合物可以与材料表面的氢氧化锂或碳酸锂发生反应，生成锂离子电导率高的Li2O-B2O3，它能够促进正极材料中的锂离子在电极材料和电解液之间的传递，从而提高材料的比容量及倍率性能。根据本专利技术一种优选的实施方式，步骤1中，含硼化合物加入量为镍钴锰三元材料基体质量的0.01-5％，以含硼化合物的质量计。在进一步优选的实施方式中，含硼化合物加入量为镍钴锰三元材料基体质量的0.02-3％，以含硼化合物的质量计。在更进一步优选的实施方式中，含硼化合物加入量为镍钴锰三元材料基体质量的0.3-1.5％，以含硼化合物的质量计。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，该方法包括如下几个步骤：/n步骤1，将镍钴锰三元材料基体、金属氧化物和含硼化合物进行混合，形成混合物；/n步骤2，将混合物进行烧结，得到烧结产物；/n步骤3，将烧结产物进行后处理，得到硼-金属氧化物复合包覆的镍钴锰酸锂正极材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，该方法包括如下几个步骤：
步骤1，将镍钴锰三元材料基体、金属氧化物和含硼化合物进行混合，形成混合物；
步骤2，将混合物进行烧结，得到烧结产物；
步骤3，将烧结产物进行后处理，得到硼-金属氧化物复合包覆的镍钴锰酸锂正极材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述镍钴锰三元材料基体由式LiNixCoyMn1-x-yO2表示，其中0.5≤x＜1，0.08≤y＜0.2。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述含硼化合物为氧化硼、偏硼酸、硼酸中的一种或多种，加入量为镍钴锰三元材料基体质量的0.01-5％。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述金属氧化物选自氧化镁、氧化钛、氧化铝、氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗迪迪，周宏宝，吴朋朋，凌仕刚，沙金，苏迎春，
申请(专利权)人：天津国安盟固利新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12