本发明专利技术涉及锂离子电池材料领域，具体涉及一种高镍三元正极材料及其制备方法和应用。本发明专利技术提供一种高镍三元正极材料的制备方法，具体包括如下步骤：1)将锂源、三元前驱体、金属氧化物混合形成第一混合物，将第一混合物进行第一烧结后，得到第一烧结产物；2)将第一烧结产物与包覆剂混合形成第二混合物，将第二混合物进行第二烧结后，得到第二烧结产物；3)将第二烧结产物与硼酸混合形成第三混合物，将第三混合物进行第三烧结后，得到所述高镍三元正极材料。通过本发明专利技术提供的制备方法制备得到的高镍三元正极材料的机械性能和化学稳定性得到提高，进而使制备得到的锂电池的循环性能和比容量得到提高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池材料领域，具体涉及一种高镍三元正极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、高镍低钴层状氧化物被认为是高能量密度锂离子电池最有前途的下一代正极材料。
2、然而，由于co和mn的不足，高ni-低co阴极会遭受不可逆相变引起的机械损伤，储存过程中的化学不稳定性，阴极与电解质之间的侵蚀反应导致的结构降解，导致倍率能力、循环稳定性和热稳定性差h2-h3相变产生的机械应力是造成容量衰减的主要原因之一。在4.2v的衰减状态下，晶格体积发生各向异性变化，产生微裂纹，并在颗粒表面传播，形成微通道，使电解质能够渗透到颗粒内部。微裂纹的产生以及阴极电解质之间的寄生副反应导致了严重的结构不稳定和容量损失。随着ni含量的增加，机械劣化也会增加，这是高ni阴正极材料在电动汽车应用中需要考虑的问题。
3、现有技术，通过掺杂和包覆改善高镍三元正极材料的性能，然而现有技术手段对于高镍三元正极材料性能提高有限，从而使制备得到的锂电池的循环性能和比容量提高有限。
技术实现思路
1、因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术手段对于高镍三元正极材料性能提高有限，从而使制备得到的锂电池的循环性能和比容量提高有限的缺陷，从而提供一种高镍三元正极材料及其制备方法和应用。
2、本专利技术提供一种高镍三元正极材料的制备方法，具体包括如下步骤：
3、1)将锂源、三元前驱体、金属氧化物混合形成第一混合物，将第一混合物进行第一烧结后，得到第一烧结产物；
4、2)将第一烧结产物与包覆剂混合形成第二混合物，将第二混合物进行第二烧结后，得到第二烧结产物；
5、3)将第二烧结产物与硼酸混合形成第三混合物，将第三混合物进行第三烧结后，得到所述高镍三元正极材料；
6、所述包覆剂选自氧化铝、氧化钛、氧化镁、氧化钨、氧化镧、氟化镁中的至少两种；
7、所述金属氧化物包括第一金属氧化物和第二金属氧化物；
8、其中，所述第一金属氧化物选自氧化镧、氧化铈、氧化铪、氧化铌、氧化钽中的至少一种；
9、所述第二金属氧化物选自氧化锆、氧化镁、氧化钛、氧化铝中的至少一种。
10、优选的，所述第一混合物中第一金属氧化物和第二金属氧化物的浓度为(500-4000)ppm；
11、优选的，所述第一烧结的温度为600-900℃，时间为6-12h；
12、可以理解的，在本专利技术中，ppm为质量浓度。
13、所述第一烧结在氧气气氛中进行。
14、优选的，所述第二混合物中包覆剂的浓度为(1000-6000)ppm；
15、所述第二烧结的温度为400-700℃，时间为4-8h；和/或，
16、所述第三混合物中硼酸的浓度为(500-3000)ppm；
17、所述第三烧结的温度为200-300℃，时间为4-8h。
18、优选的，所述包覆剂包括氧化铝、氧化镁；其中氧化铝、氧化镁质量比为(1-4)：(1-4)。
19、优选的，在所述第一烧结产物与包覆剂混合前，还包括将第一烧结产物粉碎、过筛、洗涤、抽滤、干燥的过程；
20、优选的，第一烧结产物过筛后的粒径为9-11μm；
21、优选的，洗涤的过程为将过筛后的第一烧结产物过筛后进行水洗，其中水洗过程中过筛后的第一烧结产物和水的质量比为1：(0.5～0.8)；
22、优选的，所述抽滤的时间为10-20min；
23、优选的，所述干燥过程为真空干燥，干燥温度为80-150℃，时间为1-3h；优选的，在所述第一烧结产物与硼酸混合前，还包括将第二烧结产物粉碎、过筛的过程；
24、优选的，第二烧结产物过筛后的粒径为9-11μm；
25、优选的，在所述第三烧结产物与包覆剂混合前，还包括将第二烧结产物粉碎、过筛的过程；
26、优选的，第二烧结产物过筛后的粒径为9-11μm。
27、优选的，第一混合物中锂元素与三元前驱体的摩尔比为(1.01-1.05)：1；
28、优选的，所述锂源选自氢氧化锂。
29、优选的，所述氢氧化锂选自lioh·h2o。
30、优选的，所述三元前驱体的化学式为nixcoymnz(oh)2，其中，x+y+z＝1，0.9≤x＜1。
31、本专利技术提供一种高镍三元正极材料，采用上述所述的制备方法制备得到。
32、本专利技术提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括上述所述的制备方法制备得到高镍三元正极材料或上述所述的高镍三元正极材料。
33、本专利技术还提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括上述所述的制备方法制备得到高镍三元正极材料或上述所述的高镍三元正极材料。
34、本专利技术技术方案，具有如下优点：
35、本专利技术提供的一种高镍三元正极材料的制备方法，具体包括如下步骤：1)将锂源、三元前驱体、金属氧化物混合形成第一混合物，将第一混合物进行第一烧结后，得到第一烧结产物；2)将第一烧结产物与包覆剂混合形成第二混合物，将第二混合物进行第二烧结后，得到第二烧结产物；3)将第二烧结产物与硼酸混合形成第三混合物，将第三混合物进行第三烧结后，得到所述高镍三元正极材料；所述包覆剂选自氧化铝、氧化钛、氧化镁、氧化钨、氧化镧、氟化镁中的至少两种；所述金属氧化物包括第一金属氧化物和第二金属氧化物；其中，所述第一金属氧化物选自氧化镧、氧化铈、氧化铪、氧化铌、氧化钽中的至少一种；所述第二金属氧化物选自氧化锆、氧化镁、氧化钛、氧化铝中的至少一种。
36、本专利技术中通过选择稀有金属添加剂和锂源、三元前驱体进行第一次烧结，其中稀有金属具有高键合能，一方面可以抑制jahn-teller畸变，形成了柱状结构，确保了充放电过程中层状结构的稳定性，第二，通过稀有金属的添加可以阻止氧的演化和增加阳离子无序的生成能从而抑制锂/镍的混合；此外，由于稀有金属的高键合能，稀有金属掺杂也阻碍了电极/电解质界面上的副反应，降低了固体电解质膜(sei薄膜)的厚度；将第一次烧结产物和包括氧化铝、氧化钛、氧化镁、氧化钨、氧化镧、氟化镁中至少两种的包覆剂一起进行第二次烧结在表面形成包覆层降低电解液对正极材料的损害；之后将第二烧结产物和硼酸混合后进行烧结，硼酸作为包覆剂与第二烧结物的反应进行包覆，减小材料表面微裂纹的产生，从而使得到的高镍三元正极材料的机械性能和化学稳定性得到提高，进而使制备得到的锂电池的循环性能和比容量得到提高。
37、进一步，在本专利技术提供的制备方法，包括将第一烧结产物粉碎、过筛、洗涤、抽滤、干燥的过程；其中，洗涤过程中，可降低第一烧结产物表面的残碱防止表面微裂纹的产生，从而使得到的高镍三元正极材料的机械性能得到提高，进而使制备得到的锂电池的循环性能和比容量得到提高。
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【技术保护点】
1.一种高镍三元正极材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一混合物中第一金属氧化物的浓度为(500-4000)ppm；
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述第一烧结的温度为600-900℃，时间为6-12h；
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第二混合物中包覆剂的浓度为(1000-6000)ppm；
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述包覆剂包括氧化铝、氧化镁。
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，在所述第一烧结产物与包覆剂混合前，还包括将第一烧结产物粉碎、过筛、洗涤、抽滤、干燥的过程；
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，第一混合物中锂元素与三元前驱体的摩尔比为(1.01-1.05)：1；
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，
9.一种高镍三元正极材料，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到高镍三元正极材料或权利要求9任一项所述的高镍三元正极材料。
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【技术特征摘要】
1.一种高镍三元正极材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一混合物中第一金属氧化物的浓度为(500-4000)ppm；
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述第一烧结的温度为600-900℃，时间为6-12h；
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第二混合物中包覆剂的浓度为(1000-6000)ppm；
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述包覆剂包括氧化铝、氧化镁。
6.根据权利要求1-5任一项所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘家利，许开华，张文艳，唐尧，闫惟舜，吉瑞，陈玉君，
申请(专利权)人：格林美无锡能源材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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