一种硼掺杂镍钴锰正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种硼掺杂镍钴锰正极材料及其制备方法。硼掺杂镍钴锰正极材料的基体通式为Li

【技术实现步骤摘要】
一种硼掺杂镍钴锰正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于三元正极材料，尤其涉及一种硼掺杂镍钴锰正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池可用于3C产品、电动工具、新能源汽车等领域，近期伴随着新能源汽车的飞速发展，锂离子电池的需求量也急剧增加。为了解决市场对高能量密度、成本低廉、高性价比电池的需求，高镍三元正极材料被推上了研究前沿。
[0003]研究者发现，除常用的阳离子金属改性以外，使用硼化合物例如氧化硼或硼酸，或者以掺硼化合物作为包覆层，可起到隔绝电解液的作用，有利于提高正极材料的循环性能。如公开号为CN108899502A的中国专利公开了“一种高容量镍钴锰酸锂基复合正极材料及其制备方法”，该方法在一烧水洗后，通过二烧将硼包覆在正极材料表面，能改善材料表面结构，提高界面稳定性，从而提高循环性能。但是，硼包覆在材料表面，无法避免高温存储以及循环过程中的微裂纹产生以及颗粒破碎。颗粒破碎会加剧锂离子电池的产气，产气会导致软包锂离子电池发生胀气；产生的气泡堆积在电池电芯内部，还会引起气泡边缘析锂。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种高安全，高温存储性能较好的硼掺杂镍钴锰正极材料。
[0005]本专利技术还提供了上述硼掺杂镍钴锰正极材料的制备方法。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0007]一种硼掺杂镍钴锰正极材料基体通式为Li
a
Nir/>b
Co
c
Mn
d
M
e
M
’
f
B
z
O2，M为Mg、Al、Zr或Ti，M
’
为Sn、Y、Mo、W、Nb、Ta中的一种或几种，且a、b、c、d、e、f、z的取值满足以下要求：0.95≤a≤1.2，0.7≤b＜1，0＜c≤0.2，0＜d≤0.2，0＜e≤0.02，0＜f≤0.01，0＜z≤0.04。
[0008]上述硼掺杂镍钴锰正极材料为二次球颗粒，其表面及内部的一次颗粒呈现择优生长的特点，具体表现为：使用X射线衍射法以及Scherrer公式计算出的(104)晶面的微晶尺寸为48.0nm以上且66.5nm以下。
[0009]优选地，f与z的比例范围为1:4～1:20，更优选地，f与z的比例范围为1:4～1:10，在这个比例范围内，更有利于二次球颗粒中的一次颗粒择优定向生长。
[0010]优选地，所述硼掺杂镍钴锰正极材料的二次粒径D10为8
‑
12μm，D50为10
‑
15μm，D90为15
‑
25μm。
[0011]上述硼掺杂镍钴锰正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)按照化学计量比，将锂源、镍钴锰三元前驱体、MB2、M
’
的化合物混合，高温烧结，得到基体；
[0013](2)将基体用去离子水洗涤、干燥，与包覆剂低温烧结后得到硼掺杂镍钴锰正极材料。
[0014]优选地，步骤(1)中，所述锂源选自无水氢氧化锂、一水氢氧化锂、碳酸锂中的一种
或几种。
[0015]优选地，步骤(1)中，所述M
’
的化合物选自SnO2、Y2O3、MoO3、WO3、Nb2O5、Ta2O5中的一种或几种。
[0016]优选地，步骤(1)中，所述高温烧结过程为：在空气或氧气气氛下以1
‑
5℃/min的速度升温至450
‑
550℃，保温烧结3
‑
5h，然后以1
‑
3℃的温度升温至700
‑
850℃后保温8
‑
15h，随后自然冷却降至室温，本烧结工艺有利于一次颗粒的定向生长过程，促进(104)晶面的微晶尺寸落在48.0
‑
66.5nm范围内。
[0017]优选地，步骤(2)中，所述低温烧结的过程为：在空气或氧气气氛下以1
‑
5℃升温至300
‑
400℃后保温3
‑
6h，然后自然冷却至室温。
[0018]优选地，所述洗涤和干燥的具体步骤为：按固液比为1:1～2:1，将一烧基体于4
‑
15℃下用去离子水洗涤10
‑
20min，然后置于真空烘箱中真空干燥5
‑
15h。
[0019]优选地，所述包覆剂为硼酸，氧化硼的一种或几种。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0021](1)本专利技术中的硼掺杂镍钴锰正极材料，相较于传统的氧化物包覆掺杂，本专利技术在基体中同时掺杂有金属元素以及硼元素，硼元素更易进入晶格内部，可以取代晶格中的过渡金属原子，形成键能更大的B
‑
O键，稳定晶体结构，改善高温存储性能，降低电池产气。
[0022](2)本专利技术中的硼掺杂镍钴锰正极材料，掺杂有Sn、Y、Mo、W、Nb或Ta，这些元素通过高温烧结掺杂进入正极材料晶格结构中，具有改变二次球材料中一次颗粒生长取向的效果，与B共掺杂后，一次颗粒的生长表现出定向择优取向的特点，结果为104晶面的微晶尺寸范围为48.0nm～66.5nm，形貌上体现为类单晶，这种形貌可有效减少循环过程中二次球颗粒内部的裂纹产生，改善材料的高温力学性能，从而提高材料的高温循环稳定性。
[0023](3)本专利技术的一烧基体洗涤后，可有效降低材料表面的残锂含量，然后通过二烧包B可以通过与表面残锂反应生成快离子导体包覆层，修复水洗所带来的表面结构破坏，降低材料的表面阻抗，提高锂离子传导能力。
[0024](4)本专利技术中硼掺杂镍钴锰正极材料的制备方法，分段烧结有利于提高正极材料结晶性及纯相结构的形成，降低阳离子混排现象的发生，有利于提高正极材料的电化学性能。
附图说明
[0025]图1为实施例1中硼掺杂镍钴锰正极材料的电镜图；
[0026]图2为实施例2中硼掺杂镍钴锰正极材料的电镜图；
[0027]图3为对比例1中硼掺杂镍钴锰正极材料的电镜图；
[0028]图4为实施例1和对比例1中硼掺杂镍钴锰正极材料的全电池60℃存储3周的产气折线图；
[0029]图5为实施例1硼掺杂镍钴锰正极材料在高温循环100周后的电镜截面图；
[0030]图6为对比例1硼掺杂镍钴锰正极材料在高温循环100周后的电镜截面图。
具体实施方式
[0031]为了便于理解本专利技术，下文将结合较佳的实施例对本文专利技术做更全面、细致地描
述，但本专利技术的保护范围并不限于以下具体实施例。
[0032]除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本专利技术的保护范围。
[0033]除非另有特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硼掺杂镍钴锰正极材料，其特征在于，所述硼掺杂镍钴锰正极材料的基体通式为Li
a
Ni
b
Co
c
Mn
d
M
e
M
’
f
B
z
O2，M为Mg、Al、Zr或Ti，M
’
为Sn、Y、Mo、W、Nb、Ta中的一种或几种，且a、b、c、d、e、f、z的取值满足以下要求：0.95≤a≤1.2，0.7≤b＜1，0＜c≤0.2，0＜d≤0.2，0＜e≤0.02，0＜f≤0.01，0＜z≤0.04。2.如权利要求1所述的硼掺杂镍钴锰正极材料，其特征在于，f与z的比例范围为1：4～1：20。3.如权利要求1或2所述的硼掺杂镍钴锰正极材料，其特征在于：使用X射线衍射法以及Scherrer公式计算出的(104)晶面的微晶尺寸为48.0nm以上且66.5nm以下。4.如权利要求1或2所述的硼掺杂镍钴锰正极材料，其特征在于，所述硼掺杂镍钴锰正极材料的二次粒径D10为8
‑
12μm，D50为10
‑
15μm，D90为15
‑
25μm。5.制备权利要求1
‑
4任一项所述的硼掺杂镍钴锰正极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：...

【专利技术属性】
技术研发人员：佘嘉欣，周惠，王梦，杨鹏，段辉，谭欣欣，
申请(专利权)人：巴斯夫杉杉电池材料有限公司，
类型：发明
国别省市：