一种LiB(OH)4包覆高镍三元镍钴锰酸锂正极材料的制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池正极材料制备领域，具体涉及一种LiB(OH)4包覆高镍三元镍钴锰酸锂正极材料的制备方法。本发明专利技术通过在液相条件下使得硼酸和氢氧化锂合成LiB(OH)4，然后加入高镍三元正极材料后并加热蒸干，随着溶剂的流失，LiB(OH)4会在高镍三元正极材料表面结晶，均匀的包覆在高镍三元正极材料表面。有效避免直接使用硼酸包覆时，硼酸会和材料表面的残碱生成LiB(OH)4，而LiB(OH)4容易团聚，硬度较高，会导致包覆不均匀，且多余的硼酸烧结后会变成B2O3的现象。最后还可以通过烧结材料表面的LiB(OH)4分解变成Li3BO3，经烧结后的Li3BO3也能够均匀的包覆在材料表面上，增加材料的循环性能，且拥有良好的离子电导率，并能在一定程度上提升材料的容量，性能明显优于直接使用Li3BO3包覆的正极材料。包覆的正极材料。包覆的正极材料。

【技术实现步骤摘要】
一种LiB(OH)4包覆高镍三元镍钴锰酸锂正极材料的制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池正极材料制备领域，具体涉及一种LiB(OH)4包覆高镍三元镍钴锰酸锂正极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术的发展，锂离子电池已经逐步替代石油并成为广泛应用的新能源，它有着比容量高、自放电小、对环境无污染等优点，但随着便携式电子设备、电动汽车以及可再生能源的飞速发展，传统的锂离子电池已经无法满足日益增长的需求，因此，现在对电池的质量能量密度、体积能量密度和循环稳定性有了更高的要求。目前锂离子电池材料中三元材料由于其高能量密度和高稳定性，使其实际应用最为广泛，三元正极材料成为未来很有发展潜力的正极材料之一。
[0003]高镍三元镍钴锰酸锂正极材料由于其能量密度高，是未来锂离子电池发展的趋势。但是其仍然存在一些缺陷，由于高镍三元材料镍含量高，钴含量低，在充放电过程中容量衰减较快、倍率性能差、常温和高温循环性能差等，极大程度上阻碍了其大规模应用。现在领域内通常采用掺杂和包覆来对高镍三元正极材料进行改性，来稳定其结构，减弱Li/Ni阳离子混排的发生。表面包覆是常用的改性方法，包覆改性主要是通过减少正极材料与电解液的接触面积，对材料的表面进行保护和优化，来改善其循环性能，而且也不会改变材料本身的结构。
[0004]现在主流的包覆方法采用固相包覆，包覆物主要为氧化物、氟化物和磷酸盐等，但这些包覆方法会降低材料的离子电导率，包覆剂在材料表面团聚导致包覆不均匀，甚至降低材料的容量发挥。因此，本专利技术通过液相法在材料表面反应生成LiB(OH)4，并包覆在材料表面上，通过后续的烧结使LiB(OH)4转变成Li3BO3均匀的分散在材料表面上，减少材料与电解液的接触面积，减少副反应的发生，提升材料的循环性能，并且Li3BO3具有良好的离子电导率，减少电池的极化，并在一定程度上提升材料的容量。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种LiB(OH)4包覆高镍三元镍钴锰酸锂正极材料的制备方法。本专利技术所述的制备方法是将硼酸、氢氧化锂液相混合后再加入高镍三元正极材料充分加热搅拌、烘干、过筛，得到LiB(OH)4包覆的高镍三元镍钴锰酸锂正极材料，将上述混合物进行烧结、过筛后得到包覆均匀、长循环、高容量、低电阻的高镍三元正极材料。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种LiB(OH)4包覆高镍三元镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，所述的方法是在溶剂中将硼酸、氢氧化锂和高镍三元正极材料混合，并在加热条件下搅拌一定时间去除溶剂，得到混合物，混合物烘干后得到LiB(OH)4均匀包覆的高镍三元镍钴锰酸锂正极材料；更优选经烧结后得到Li3BO3均匀包覆的高镍三元镍钴锰酸锂正极材料。
[0008]通过采用所述技术方案，在液相条件下将硼酸、氢氧化锂、和高镍三元正极材料通
过搅拌进行混合，使得硼酸、氢氧化锂能够充分溶解在溶剂中并且可以进行反应，同时在加热条件下继续进行搅拌，可以进一步加快反应，同时能够去除溶剂，使得硼酸和氢氧化锂反应生成LiB(OH)4，并且能够均匀沉积在高镍三元正极材料表面，形成均匀的包覆层，随后经过烧结后能够得到Li3BO3均匀包覆的高镍三元镍钴锰酸锂正极材料。避免出现直接使用硼酸包覆，硼酸会和三元材料表面的残碱生成LiB(OH)4，而LiB(OH)4容易团聚板结，硬度较高，会导致包覆不均匀，且多余的硼酸烧结后会变成B2O3的现象。
[0009]优选的，所述溶剂为水，更优选为去离子水。
[0010]优选的，所述的方法还可以是在溶剂中先将硼酸和氢氧化锂搅拌混合后，或可以将硼酸溶液和氢氧化锂溶液混合后，再向混合溶液中加入高镍三元正极材料，随后在加热条件下继续搅拌反应并去除溶剂。通过采用所述技术方案能够进一步确保硼酸和氢氧化锂之间的充分混合，以进一步保证硼酸与氢氧化锂之间的充分接触和反应的进行并生成LiB(OH)4，并均匀沉积在高镍三元正极材料表面，进一步防止硼酸的过度富集等现象。
[0011]优选的，所述高镍三元正极材料为LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2(0.5<x<1，0<y<1)，更优选的，所述三元正极材料为LiNi
0.7
Co
0.1
Mn
0.2
O2。
[0012]优选的，所述硼酸和氢氧化锂的的摩尔比为1:1。
[0013]优选的，所述硼酸和氢氧化锂的质量之和占高镍三元正极材料质量的0.1％～0.5％。
[0014]优选的，所述高镍三元正极材料与溶剂的质量比为1:2～1:3。
[0015]优选的，所述的加热温度为70～100℃，更优选加热时间为2～4h，直至混合物变成胶状。
[0016]优选的，所述制备方法具体包括以下步骤：
[0017](1)将硼酸和氢氧化锂溶于溶剂中并搅拌一段时间进行反应，得到液相混合物；
[0018](2)将高镍三元正极材料加入到上述液相混合物中搅拌并加热去除溶剂，待溶剂蒸干，将得到的混合物烘干，得到LiB(OH)4包覆的高镍三元镍钴锰酸锂正极材料。
[0019]优选的，还包括步骤(3)：在有氧气氛下，将步骤(2)中的LiB(OH)4包覆的物料在一定温度下煅烧一段时间后，处理得到Li3BO3均匀包覆的包覆改性的高镍三元正极材料。
[0020]优选的，所述步骤(1)的反应方程式为：LiOH+H3BO3→
LiB(OH)4。
[0021]优选的，所述步骤(1)中溶剂为水，更优选为去离子水。
[0022]优选的，所述步骤(1)中硼酸和氢氧化锂的的摩尔比为1:1。
[0023]优选的，硼酸的纯度≥99％，氢氧化锂的纯度≥98％。
[0024]优选的，所述步骤(1)中容器为烧杯，设备为磁力搅拌器，磁子转速为150～300r/min，搅拌时间为0～1h。
[0025]优选的，所述步骤(2)中硼酸和氢氧化锂的质量之和占高镍三元正极材料质量的0.1％～0.5％。
[0026]优选的，所述步骤(2)中高镍三元正极材料与溶剂的质量比为1:2～1:3。
[0027]优选的，所述步骤(2)中的加热温度为70～100℃。
[0028]优选的，所述步骤(2)中的加热时间为2～4h，直至混合物变成胶状。
[0029]优选的，所述步骤(2)中搅拌速度为200r/min。
[0030]优选的，所述步骤(2)中烘干温度为80～120℃，烘干时间为4～8h。更优选烘干设
备为鼓风干燥箱。
[0031]优选的，所述步骤(2)中烘干后还包括过筛，筛网目数为400目。能够进一步减少物料的结块现象，使物料分散的更均匀，更适合进行后续的煅烧步骤，防止煅烧步骤中煅烧不均匀等现象。
[0032]优选的，所述步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种LiB(OH)4包覆高镍三元镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述的方法是在溶剂中将硼酸、氢氧化锂和高镍三元正极材料混合，并在加热条件下搅拌一定时间去除溶剂，得到混合物，混合物烘干后得到LiB(OH)4均匀包覆的高镍三元镍钴锰酸锂正极材料。2.根据权利要求1所述一种LiB(OH)4包覆高镍三元镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂为水。3.根据权利要求1所述一种LiB(OH)4包覆高镍三元镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述的方法是在溶剂中先将硼酸和氢氧化锂搅拌混合后，再向混合溶液中加入高镍三元正极材料，随后在加热条件下继续搅拌反应并去除溶剂，得到混合物，混合物烘干后得到LiB(OH)4均匀包覆的高镍三元镍钴锰酸锂正极材料。4.根据权利要求1所述一种LiB(OH)4包覆高镍三元镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述高镍三元正极材料为LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2(0.5<x<1，0<y<1)。5.根据权利要求1所述一种LiB(OH)4包覆高镍三元镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述硼酸和氢氧化锂的的摩尔比为1:1。6.根据权利要求1所述一种LiB(OH)4包覆高镍三元镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚鹏坤，毛秦钟，徐万润，王寅峰，钱志挺，吴海军，
申请(专利权)人：浙江海创锂电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：