[发明专利]一种改性三元正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种改性三元正极材料及其制备方法和应用，本发明所述改性三元正极材料包括内核和包覆层，所述包覆层为卤代硼化物，非晶态的锂硼氧化物Li₂O‑B₂O₃由于自身具有高度无序的网络结构而拥有较大的离子通道，材料在循环时，LiY会以离子形式进入网格间参与锂离子传输，使得材料具有良好的离子电导率，离子电导率的提高可改善材料的倍率性能，提高材料的容量。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种改性三元正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

目前，锂离子电池由于自身能量密度高，循环寿命长，环境友好和安全性高等优点，已被广泛应用到手机、笔记本电脑、电动自行车和一些电子设备等多个领域内，在人类生产和生活中发挥着巨大的作用。正极材料是锂离子电池的重要组成部分，它是制约大功率和长寿命的锂离子电池发展的重要因素。其中，三元正极材料综合了镍、钴、锰三种元素各自的优势，同时还兼顾了成本较低的优点，是一款极具发展潜力的正极材料。

虽然三元材料的优点很突出，但仍存在一些本征的问题，例如材料的电导率通常较低，导致电池的倍率性能差；高镍材料不仅易发生Li/Ni混排现象，还易发生H2至H3的相变，直接影响到材料的循环性能，造成循环衰减严重。此外，高镍材料表面的残碱通常较高，不利于工艺的稳定性和电池的安全性；中镍材料中的镍含量较低，因此充放电容量较低。

CN103474628A公开了一种碳包覆三元正极材料的制备方法及该碳包覆三元正极材料，制备方法包括以下步骤：S1、以镍盐、钴盐和锰盐为原料，制备三元正极材料前驱体；S2、制备导电碳分散体系：将导电碳分散于含有有机碳源的水中；S3、将三元正极材料前驱体和锂化合物加入到导电碳分散体系中，混合均匀，获得混合物；S4、将混合物在真空条件下烘干；S5、将经烘干的混合物在密闭条件下或者惰性气体保护的气氛中高温处理，获得碳包覆三元正极材料。其使用碳包覆三元正极材料，碳包覆只能起到导电剂的作用，并不能实现材料性能上的大转变，而且碳包覆工艺对包覆量的要求较高，包覆量少对提高材料电导率起不到明显效果，包覆量多会阻碍锂离子的脱嵌，严重影响材料容量的发挥。

CN110729466A公开了一种氧化硼包覆高镍三元正极材料及制备方法，在制备过程中加入液态的戊硼烷，戊硼烷遇物料表面的水会迅速水解放热，形成氧化物包覆层，其所述方法制得三元正极材料的电导率较低，倍率性能差。

上述方案制得三元正极材料存在有电导率低且倍率性能差的问题，因此，开发一种电导率高且倍率性能好的三元正极材料是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性三元正极材料及其制备方法和应用，本发明所述三元正极材料的包覆层是在硼化物包覆的基础上引入卤化锂，形成卤代硼化物，卤化锂以离子的形式在硼锂氧化物形成的离子通道中传输，提高材料的离子电导率。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种改性三元正极材料，所述改性三元正极材料包括内核和包覆层，所述包覆层为卤代硼化物，所述卤代硼化物包括Li₂O、B₂X₃和LiY，其中，X为S和/或O，Y为F、Cl、Br或I中的任意一种或至少两种的组合。

本发明所述改性三元正极材料表面设置有卤代硼化物包覆层，卤代硼化物，由于自身具有高度无序的网络结构而拥有较大的离子通道，因此具有更高的离子迁移率，同时，卤代硼化物在循环时，LiY会以离子形式进入网格间参与锂离子传输，因此材料具有良好的离子电导率，这主要得益于LiY的引入。离子电导率的提高可改善材料的倍率性能，提高材料的容量。