[发明专利]改性三元正极材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

本发明公开了一种改性三元正极材料及其制备方法，包括下列步骤：将镍钴锰氢氧化物和硼酸混合均匀后，进行预烧结，获得预烧料；取所述预烧料与锂源、阳离子添加剂混合均匀后，一次烧结，获得三元烧结料；将所述三元烧结料与阴离子包覆剂混合均匀后，二次烧结，制得改性三元正极材料。该改性三元正极材料的具有高的结构稳定性和容量，以及优异的高温循环性能。本发明还公开了含有上述改性三元正极材料的锂离子电池，其具有优异的电学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，特别涉及一种改性三元正极材料及其制备方法，还涉及包括该改性三元正极材料的锂离子电池。

背景技术

正极材料作为锂离子电池的关键材料之一，对锂离子电池的性能起到至关重要的作用。目前常用的锂离子电池正极材料主要包括钴酸锂、磷酸铁锂、三元材料等，其中，三元材料以镍钴锰酸锂应用最为广泛，这主要是由于镍钴锰酸锂以相对廉价的镍和锰取代了钴酸锂中三分之二以上的钴，因此成本方面优势非常明显；并且和其他锂离子电池正极材料锰酸锂、磷酸亚铁锂相比，镍钴锰酸锂材料和钴酸锂在电化学性能和加工性能方面非常接近，使得镍钴锰酸锂材料被广泛使用。

随着锂离子电池性能的要求越来越高，高比容量和高的充放电效率成为必要的需求，但现有的镍钴锰酸锂无法满足要求。目前常规的做法是通过掺杂或包覆的手段对镍钴锰酸锂进行改性处理，从而提高其比容量和充放电效率，但仍存在结构稳定性差，高温循环性能不佳的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明有必要提供一种改性三元正极材料的制备方法，利用硼酸高温分解的特点，将硼酸优先与前驱体混合预烧，从而获得更高比表面积的前驱体，配合后续的阳离子掺杂以及阴离子包覆，使得三元正极材料的具有高的结构稳定性和容量，以及优异的高温循环性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明首先提供了一种改性三元正极材料的制备方法，包括下列步骤：

将镍钴锰氢氧化物和硼酸混合均匀后，进行预烧结，获得预烧料；

取所述预烧料与锂源、阳离子添加剂混合均匀后，一次烧结，获得三元烧结料；

将所述三元烧结料与阴离子包覆剂混合均匀后，二次烧结，制得改性三元正极材料。

进一步方案，所述硼酸的质量是所述镍钴锰氢氧化物质量的0.1％-1％。

进一步方案，所述预烧结的工艺，具体为：以3-5℃/min速率升温至600-800℃并保温4-6h。

进一步方案，所述阳离子添加剂选自二氧化钛、氧化铝、二氧化锆中的至少一种；所述阳离子添加剂的质量为所述预烧料质量的0.05％-0.5％。

进一步方案，所述锂源选自碳酸锂、氢氧化锂中的一种或两种；锂化配比为1.00-1.06。

进一步方案，所述一次烧结的工艺，具体为：首先以3-5℃/min速率升温至600-800℃，并保温5-8h；然后以1-2℃/min速率升温至900-960℃，并保温8-15h。

进一步方案，所述阴离子包覆剂选自氟化锂、氯化锂中的至少一种；所述阴离子包覆剂的质量为所述三元烧结料质量的0.05％-0.5％。

进一步方案，所述二次烧结的工艺，具体为：以3-5℃/min速率升温至400-600℃，并保温5-8h。

本发明还提供了一种改性三元正极材料，采用如前述任一项所述的制备方法制得。

本发明进一步提供了一种锂离子电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，所述正极的活性物质包括如前述所述的改性三元正极材料。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：