[发明专利]一种高电导三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高电导三元正极材料及其制备方法，属于锂离子电池材料技术领域。所提供的高电导正极材料由大小颗粒级配而成，其中大颗粒为内部掺杂金属氟化物且壳层掺杂金属硼化物的高镍多晶三元材料，小颗粒为共掺杂金属氟化物和金属硼化物的高镍单晶三元材料，粒度级配为不同大小颗粒的三元正极材料按照粒度测试中要达到的体积密度分布比要求确定的质量比进行级配，获得高电导三元正极材料。通过以上级配方式得到的三元正极材料可以有效降低相同质量下三元正极材料的堆积高度，从而间接降低正极片的厚度来优化正极片的电子电导率，提升锂离子电池的循环性能和降低循环DCR。

技术领域

本发明涉及于锂离子电池材料技术领域，具体而言，涉及一种高电导三元正极材料及其制备方法。

背景技术

高镍三元镍钴锰酸锂(Ni含量≥60％)作为市面上流通最为广泛的锂离子电池正极材料之一，以其低成本、长循环和高能量密度深受消费者的欢迎，虽然优势明显，但相比磷酸铁锂，其在安全性和循环性能略有不如。高镍三元电池和磷酸铁锂电池的安全性能主要由正极材料的内部结构所决定，一般很难改变，但高镍三元正极材料的循环性能可以通过体相掺杂、表面包覆修饰等手段进行优化改善达到磷酸铁锂正极材料的水准。

为更好的提升高镍三元正极材料的循环性能，研究者们通过掺杂各种过渡金属元素对三元层状结构进行优化，各种无机/有机包覆层改善表面结构，从而改善循环。如相关技术公开了一种硼掺杂镍钴锰正极材料及其制备方法，通过掺杂B稳定晶体结构，改善高温存储性能，降低电池产气。相关技术公开了一种钨掺杂硼化物包覆的锂电池正极材料及其制备方法，W掺杂B包覆的协同作用改善了材料内部结构和外部包覆层的方案，提升了循环性能。除了这些常见的掺杂和包覆方法来改善材料内部结构和加强表层保护，亦可以通过其它手段来改善材料表层电子电导率，从而改善循环性能。

三元材料的电子电导率大小跟电阻率是成反比关系，电阻率越小，材料的电子电导率越大，而材料本身粉末电阻率的高低最终会影响锂离子电池极片的电阻，并会加剧电池的极化，从而使得电池循环变差。材料的粉末电阻率一般由四探针法测得，对于具有一定导电性能的薄膜材料，其沿着平面方向的电荷传输性能一般用方块电阻来表示，对于边长为l、厚度为xj方形薄膜，其方块电阻R可表示为:

即方块薄膜电阻R与电阻率ρ成正比，与膜层厚度x_j成反比，而与正方形边长l无关。因此，将相同质量的三元正极材料填装到方形的正极极片中后可以发现，若能通过降低相同质量三元正极材料的填装厚度，就相当于是降低正极片的厚度，那么三元正极材料的电子电导率的改善就相当于正极片的电子电导率得到有效改善。

鉴于上述问题的存在，有必要提供一种高电导三元正极材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高电导三元正极材料及其制备方法。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提供一种高电导三元正极材料，包括均匀混合的高镍多晶三元材料和高镍单晶三元材料，高镍多晶三元材料的中值粒径为5.5-14.5μm，高镍单晶三元材料的中值粒径为2.0-4.0μm，高镍多晶三元材料和高镍单晶三元材料的质量比为0.5-9：1，其中，高镍多晶三元材料为核壳结构，其内核掺杂有金属氟化物，壳层掺杂有金属硼化物，高镍单晶三元材料共掺杂有金属氟化物和金属硼化物。

本发明还提供一种高电导三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：

将中值粒径为5.0μm-15.0μm的高镍多晶前驱体、含锂化合物和金属氟化物混合均匀，进行一次烧结，再将一次烧结得到的粗产物、含锂化合物和金属硼化物混合均匀，进行二次烧结，再经包覆处理得到中值粒径为5.5-14.5μm改性的高镍多晶材料；