[发明专利]一种B/Mg共掺杂的高镍三元前驱体材料、正极材料、以及制备方法

说明书

本发明提出了一种B/Mg共掺杂的高镍三元前驱体材料和正极材料，以及制备方法。本发明所述的制备方法是将的Ni、Co、Mg、B的混合可溶性盐以及只有Mg、B的可溶性盐间歇反应制得具备核壳结构的[Ni_xCo_yMg_zB_{1−x−y‑z}](OH)₂前驱体，然后再与锂源混合，两段升温烧结制得正极材料。本发明在高镍的前驱体中掺杂Mg、B，改善了材料的循环稳定性和倍率性能，烧结得到的正极材料被氧化硼以及氧化镁共包覆，有利于减少在充放电过程中材料与电解液的接触面积，减少了副反应的发生，增加电池的安全性、循环性和电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料领域，主要涉及锂离子电池三元前驱体材料和正极材料，具体涉及一种B/Mg共掺杂的三元前驱体材料、正极材料及其制备方法。

背景技术

目前，对于电动汽车行业，高镍三元锂离子电池在领域中最具竞争力，例如LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂，具备极佳的能量密度，然而由于镍含量的提高，发生锂镍混排的现象也相对更为严重，导致材料的循环稳定性和倍率性能都受到了不同程度的影响，也导致高镍电池比容量方面、循环方面、稳定性方面、倍率性能方面无法均衡兼顾。如何提高高镍三元锂离子电池的循环性能、稳定性已经受到了广泛关注。

公开号为CN105406040B的中国专利公开了一种包覆改性高镍三元正极材料及其制备方法。该方法以纳米金属盐/纳米金属氧化物作为包覆层，能降低材料残碱，提高安全性能，但对工艺要求较高，成本较高，不利于工业生产。

公开号为CN108417797B的中国专利公开了一种高镍三元正极复合材料及其制备方法。该方法以高镍材料为基体，以纳米多孔金属氧化物为包覆层，再将纳米金属物质注入孔内。该方法能够提高材料比容量，但用到有机溶剂作为分散剂并有着过滤工序，增加工艺过程控制难度，成本高。且有机溶剂后处理易造成大气污染，不利于绿色环保的发展理念。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术存在的不足，提供一种改进的高镍三元前驱体材料以及正极材料、及制备方法，使得高镍三元锂离子电池不仅有高能量密度，还有优异的循环、倍率、安全性能。

本发明的解决方案是这样实现的：

本发明首先提供一种B/Mg共掺杂的高镍三元前驱体材料，其为核壳结构，内核为高镍掺B/Mg的[Ni_xCo_yMg_zB_1−x−y-z](OH)₂，外壳为B/Mg的化合物组成的壳层；其中，0.6≤x≤1，0≤y≤0.2，0＜z≤0.1。

本发明也提供上述高镍三元前驱体材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将一定摩尔比例的Ni、Co、Mg的可溶性盐以及B₂O₃溶于水中，制得金属盐溶液A；将Mg的可溶性盐以及B₂O₃溶于水中，制得溶液B；

（2）往反应釜通入沉淀剂和络合剂，保证初始pH为11.5~12；

（3）将金属盐溶液A通入反应釜中，控制搅拌转速在500~800 r/min，待反应浆料粒度符合要求后，停止通入金属盐溶液A，开始通入溶液B，并下调搅拌转速；

（4）洗涤、干燥步骤（3）反应得到的浆料，得到前述的高镍三元前驱体材料。

进一步的，步骤（1）中金属盐溶液A中金属离子的总浓度为1.2-2.0 mol/L，溶液B中B和Mg的浓度与金属盐溶液A中的B和Mg的浓度保持一致，优选0.1-0.3 mol/L，其中0＜B/Mg的摩尔比≤0.5；