[发明专利]一种含硼分子修饰的镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含硼分子修饰的镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法，将4‑乙烯基苯硼酸层通过共价键方式链接在镍钴锰酸锂正极材料表面，在镍钴锰酸锂粉末表面形成了单分子层的含硼基团分子层，对材料本身粒径无影响，且本发明的制备方法便于操作实施，制备过程所需的修饰温度较低、耗时小，适用于工业化生产；此外，本发明制备的镍钴锰酸锂正极材料应用制备的锂离子电池电化学循环性能有了明显的提高，容量保持率和倍率性能也有明显的改善。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种含硼分子修饰的镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法。

背景技术

随着人们对高容量和高功率密度的锂离子电池的需求越来越大，近年来高比容量的材料引起了人们极大的兴趣，并受到越来越多的关注。特别是具有成本低、毒性低和高可逆容量的高镍LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂正极材料(简称NCM)，被认为是传统锂离子电池正极材料钴酸锂的最佳替代物。

高镍LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂材料起源于LiNiO₂，能够利用基体结构中80％的可逆脱嵌锂，其容量高达220mAh·g^-1，相对于拥有约为140mAh·g^-1的LiCoO₂，LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂材料具有更好的锂利用率。Co和Mn替代LiNiO₂中部分Ni，很大程度上提高了材料的导电性和结构稳定性。最有吸引力之一的的高镍LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂材料是LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM)，在0.1C充放电电流、4.3V的截止电压下其放电比容量高达200mAh·g^-1。

但是容量衰减急剧、储存和循环过程中电阻增加以及热稳定性不足这些缺点，严重阻碍了这种材料的商业化应用，在材料表面具有高活性的Ni⁴⁺能加速电解液的分解，导致电解质消耗和形成厚的固态电解质膜(SEI膜)。阻碍NCM实际应用的另一个棘手的问题是：NCM材料对水分相当敏感，这就导致了材料表面上形成LiOH，LiOH与环境中的CO₂进一步反应生成绝缘的LiCO₃，在材料表面产生绝缘层。因此，NCM表面化学性质对锂离子电池材料的性能有决定性的影响。

目前有研究者们通过技术革新来克服这些关键问题，表面包覆是提高NCM性能和稳定性的常用方法。金属氟化物、金属磷酸盐和金属氧化物这些物质已被用于NCM表面纳米层包覆研究。众所周知的是包覆层可以当作物理保护层抑制材料与电解液间的不良副反应，能够减缓电解液中的HF的腐蚀。然而精确控制包覆层的厚度和均匀性难度比较大。通过简单与NCM前驱体混合后在高温下处理的包覆层通常是不均匀的粗糙包覆。另外，Al₂O₃和ZrO₂这些电化学性质和电活性较好，常被用作防御层进行常规包覆。虽然浓度梯度材料可以解决这个问题，但是牺牲部分比容量是不可避免的。

近期原子层沉积(ALD)技术被引用到高镍材料的包覆修饰中，在正极材料上实现了无针孔表面包覆技术，包覆层的厚度可精确控制0.1nm。然而，昂贵的仪器和繁琐的操作流程阻碍了此技术的大规模应。

因此，在高镍材料表面包覆的可控包覆技术仍需精心设计和调控。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提出了一种含硼分子修饰的镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法，将含硼分子修饰在正极材料表面，有效提高材料的电化学性能。