一种铝硼共掺杂的三元正极材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供一种铝硼共掺杂的三元正极材料，所述三元正极材料的制备原料包括前驱体、锂源、铝源、硼源；所述三元正极材料的化学式为Li(Ni

【技术实现步骤摘要】
一种铝硼共掺杂的三元正极材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及电池正极材料
，具体涉及一种铝硼共掺杂的三元正极材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]自20世纪九十年代锂离子电池(LIBs)诞生以来，因其超高的能量密度和优良的长周期循环稳定性而引起了人们的广泛关注，特别是在电子设备、电动汽车(EV)和储能系统中，锂离子电池具有不可替代的突出地位。锂离子电池作为电动汽车的重要动力源，最重要的研究方向就是增加特定的能量密度，增加其循环性能和安全稳定性并降低成本。因此，当前的当务之急是开发高效、可持续、低成本电池。在锂离子电池中，决定电池性能最重要的部件是正极材料。而在众多正极材料中，镍钴锰/铝酸锂三元正极材料(LiNi
x
Co
y
Mn1–
x
–
y
O2/LiNi
x
Co
y
Al1–
x
–
y
O2，简称NCM/NCA)，特别是高镍NCM/NCA(0.5≤x<1)，被寄予厚望。在此类材料中，其放电比容量随着镍含量的增加而升高，但是循环性能会随之下降。镍含量的增加会带来容量的大幅度提升，但随之也带来一系列新问题，主要可分为表面问题和体相问题,如表面残碱、过渡金属溶解、阳离子混排等。
[0003]为了改善NCM三元材料的电化学性能，满足市场需求，主要通过以下手段进行改性：(1)掺杂改性。在NCM三元材料的晶格内引入过渡态金属离子和其他非金属离子来提高材料的电子电导率、离子电导率，进而增强三元材料结构的稳定性；(2)包覆改性。在材料表面包覆较薄的金属氧化物层来减少副反应的发生，即在高荷电状态下(SOC)，生成的特殊包覆保护层减少材料与电解液的直接接触面积，防止电解液对材料的腐蚀，减少释氧等副反应的发生，延长其循环寿命并改善材料的稳定性；(3)结构设计。对材料进行结构设计，改变材料内部的元素分布，可以有效地提高了电池循环过程中的稳定性和安全性。
[0004]包覆对解决材料表面问题效果显著，但对晶体结构的作用却十分有限，而体相结构也是影响材料性能的关键所在，因此需要借助掺杂改性进一步提升材料的性能。掺杂特定单个元素会带来电化学性能的显著提高，尤其是当两种或多种元素共掺杂时，元素之间会产生相互作用，带来性能的飞跃。当改变两种或者多种元素掺杂顺序或掺杂量时，掺杂的元素对材料产生的作用也是不同的。
[0005]中国专利CN110112403A公开了一种高比容量镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法，其材料包括前驱体、铝掺杂体、硼掺杂体、包覆体及锂源，通过在材料表面包覆一层二氧化硅，并在材料体相中掺入硼元素和铝元素，从而有效的提高镍钴锰酸锂在循环过程中的结构稳定性。但是其掺杂元素较多，容易形成互相干扰，影响材料的性能。
[0006]综上所述，如何制备一种具有优异的电化学性能，并且其制备工艺操作简便、工艺过程稳定易控的三元正极材料仍是当下的研究重点。

技术实现思路

[0007]针对上述问题，本专利技术一方面提供一种铝硼共掺杂的三元正极材料，所述三元正
极材料的制备原料包括前驱体、锂源、铝源、硼源；所述三元正极材料的化学式为Li(Ni
x
Co
y
Mn
z
)1‑
b
‑
c
Al
b
B
c
O2,其中0.7≤x≤0.98，0.01≤y≤0.1，0.01≤z≤0.2，且x+y+z＝1；0＜b≤0.015，0＜c≤0.015，且0＜b+c≤0.03。例如x可列举的有0.75、0.8、0.85、0.9、0.95等，例如y可列举的有0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09等，例如z可列举的有0.05、0.1、0.15等，例如b可列举的有0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、0.009、0.01、0.011、0.012、0.013、0.014、0.015等，例如c可列举的有0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、0.009、0.01、0.011、0.012、0.013、0.014、0.015等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。更优选的，所述0.001＜b≤0.008，0.001＜c≤0.008，且0.002＜b+c≤0.016。
[0008]以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
[0009]本专利技术第二方面提供一种所述三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0010]步骤S1：前驱体的制备：称取镍源、钴源、锰源，混合后制成盐溶液，将盐溶液、沉淀剂、络合剂加入反应器中，在40
‑
60℃条件下反应得到固液混合物，将固液混合物过滤、干燥，得到前驱体；
[0011]步骤S2：将前驱体与锂源混合，加入铝源，进行第一次煅烧，得到烧结产物A；加入硼源，进行第二次煅烧，得到烧结产物B，将烧结产物B研磨至粉末，即得所述三元正极材料。
[0012]优选的，所述前驱体的化学式为Ni
x
Co
y
Mn
z
(OH)2，其中0.7≤x≤0.98，0.01≤y≤0.1，0.01≤z≤0.2，且x+y+z＝1。例如x可列举的有0.75、0.8、0.85、0.9、0.95等，例如y可列举的有0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09等，例如z可列举的有0.05、0.1、0.15等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。更优选的，所述0.8≤x≤0.95，0.02≤y≤0.06，0.02≤z≤0.15，且x+y+z＝1。
[0013]本专利技术中使用Ni
x
Co
y
Mn
z
(OH)2为前驱体，采用高镍低钴三元正极材料，提高电池的电比容量，降低钴在电池中的含量，以降低电池的材料成本。
[0014]优选的，所述步骤S1中，镍源为NiSO4·
6H2O、Ni(CH3COO)2·
4H2O中的一种；钴源为CoSO4·
7H2O、Co(CH3COO)2·
4H2O中的一种；锰源为MnSO4·
H2O、MnCO3、Co(CH3COO)2·
4H2O中的一种。
[0015]优选的，步骤S1中，所述镍源中的镍、钴源中的钴、锰源中的锰的摩尔比为7
‑
9.8：0.1
‑
1：0.1
‑
2。更优选的，所述镍钴锰的摩尔比为8
‑
9.5：0.1
‑
0.6：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝硼共掺杂的三元正极材料，其特征在于，所述三元正极材料的制备原料包括前驱体、锂源、铝源、硼源；所述三元正极材料的化学式为Li(Ni
x
Co
y
Mn
z
)1‑
b
‑
c
Al
b
B
c
O2,其中0.7≤x≤0.98，0.01≤y≤0.1，0.01≤z≤0.2，且x+y+z＝1；0＜b≤0.015，0＜c≤0.015，且0＜b+c≤0.03。2.根据权利要求1所述的一种铝硼共掺杂的三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：步骤S1：前驱体的制备：称取镍源、钴源、锰源，混合后制成盐溶液，将盐溶液、沉淀剂、络合剂加入反应器中，在40
‑
60℃条件下反应得到固液混合物，将固液混合物过滤、干燥，得到前驱体；步骤S2：将前驱体与锂源混合，加入铝源，进行第一次煅烧，得到烧结产物A；加入硼源，进行第二次煅烧，得到烧结产物B，将烧结产物B研磨至粉末，即得所述三元正极材料。3.根据权利要求2所述的一种铝硼共掺杂的三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述前驱体的化学式为Ni
x
Co
y
Mn
z
(OH)2，其中0.7≤x≤0.98，0.01≤y≤0.1，0.01≤z≤0.2，且x+y+z＝1。4.根据权利要求2所述的一种铝硼共掺杂的三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，镍源为NiSO4·
6H2O、Ni(CH3COO)2·
4H2O中的一种；钴源为CoSO4·
7H2O、Co(CH3C...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱永明，宫相硕，高鹏，王桢，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：