三元正极材料及其制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术提供一种三元正极材料及其制备方法和锂离子电池；该所述三元正极材料包括单晶颗粒，所述单晶颗粒内掺杂有硼元素，所述三元正极材料的颗粒的硬度不低于150MPa。本发明专利技术的三元正极材料中由于掺杂有硼元素，可有效促进三元正极材料单晶颗粒的定向生长，且晶粒的各向异性减少；而且由于硼(B)具有四面体晶体结构，B

【技术实现步骤摘要】
三元正极材料及其制备方法和锂离子电池


[0001]本专利技术涉及电池材料领域，尤其涉及一种三元正极材料及其制备方法和锂离子电池。

技术介绍

[0002]三元正极材料由于其高能量密度、长循环寿命等优点已经被广泛应用在动力电池领域，为了满足电动汽车续航里程逐渐增加的需求，通过不断提高三元材料中的镍含量来获得更高的能量密度和更低的成本。目前高镍三元正极材料主要是二次球形颗粒多晶结构，由于其机械强度差导致极片辊压过程中颗粒会发生破裂，而且在循环过程中由于应力释放导致团聚颗粒沿晶界处破裂，二者共同作用会引起循环性能变差，副反应增多、产生大量气体进而造成安全隐患。由于三元材料中镍含量增加以及烧结过程为补充挥发的锂而加入过量锂盐，会造成严重的锂镍混排和材料表面残游离锂偏高。材料中的严重的锂镍混排会导致材料的电化学性能变差，材料表面的游离锂会与空气中的H2O和CO2进一步反应生成LiOH和Li2CO3等物质(即残锂化合物)，这些物质会在匀浆过程中造成浆料凝胶化，并在电池循环过程中与电解液发生副反应，从而导致电化学性能恶化，限制了高镍三元正极材料的发展应用。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三元正极材料，其特征在于，所述三元正极材料包括单晶颗粒，所述单晶颗粒内掺杂有硼元素，所述三元正极材料的颗粒硬度不低于150MPa。2.根据权利要求1所述的三元正极材料，其特征在于，所述三元正极材料的粒径D50为2μm
‑
4μm；优选地，所述三元正极材料的比表面积为0.3m2/g
‑
0.9m2/g；优选地，所述三元正极材料的pH值大于等于11.0且小于等于11.8；优选地，所述三元正极材料的颗粒硬度为200Mpa
‑
400Mpa；优选地，所述三元正极材料的化学式为Li
a
Ni
x
Co
y
M1‑
x
‑
y
O2，其中M为Mn或Al，0.95≤a≤1.05，0.80≤x＜1，0＜y＜0.20；优选地，以所述三元正极材料的质量为100％计，所述硼元素的质量百分含量为0.008％
‑
0.3％；优选地，所述三元正极材料中Ni元素、Co元素及M元素的总摩尔量与Li元素的摩尔量的比值为1：(0.95
‑
1.05)。3.根据权利要求1所述的三元正极材料，其特征在于，所述三元正极材料中还包括掺杂包覆元素，所述单晶颗粒的表面具有包覆层，所述掺杂包覆元素分布于所述单晶颗粒的内部及其表面的包覆层内，且所述掺杂包覆元素由所述单晶颗粒的表层至中心的含量逐渐递减；优选地，所述掺杂包覆元素包括Zr、Ti、Al、Mg、Sr、W、Mo和Nb中的至少一种；优选地，所述包覆层包括锆酸锂、氧化锆、钛酸锂、氧化钛、铝酸锂、氧化铝、氧化镁、氧化锶、钨酸锂、氧化钨、钼酸锂、氧化钼、铌酸锂和氧化铌中的至少一种；优选地，以所述三元正极材料的质量为100％计，所述掺杂包覆元素的质量百分含量为0.004％
‑
0.6％。4.一种三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将包括含硼溶液、三元前驱体及第一锂源的第一组原料混合，进行第一次烧结，得到预烧料；将包括所述预烧料和第二锂源的第二组原料混合，进行第二次烧结，得到所述三元正极材料。5.根据权利要求4所述的三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述将包括含硼溶液、三元前驱体及第一锂源的第一组原料混合的过程包括：将所述含硼溶液与所述三元前驱体混合，干燥，得到混合物；将所述混合物与所述第一锂源混合；优选地，所述含硼溶液的浓度为0.05mol/L
‑
0.5mol/L。6.根据权利要求4所述的三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述含硼溶液中的溶质包括硼酸、三氧化硼、碳化硼、三氟化硼和一氟硼酸中的至少一种；优选地，所述三元前驱体的化学式为Ni
x
Co
y

【专利技术属性】
技术研发人员：尹亚，严武渭，杨顺毅，黄友元，
申请(专利权)人：深圳市贝特瑞纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：