[发明专利]一种改性的锂离子电池三元正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，特别涉及一种改性的锂离子电池三元正极材料及其制备方法。

背景技术

作为一种新型绿色二次电池，锂电池具有体积小、质量轻、比容量大、循环寿命长、自放电小和无记忆效应等优点，目前已经广泛应用于便携式移动电子产品和电动交通工具等领域，正极材料作为锂离子电池核心组成部分之一，极大地影响了锂离子电池的性能。

目前在市场上研究最多的锂离子正极材料主要有钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂。钴酸锂是最早工业化和商业化的材料，但是钴毒性较大，钴资源稀缺，价格昂贵，且其过充安全性能较差；镍酸锂合成困难，材料的重现性差；层状锰酸锂虽然具有较高的比容量，但是结构稳定性较差，而尖晶石型的锰酸锂比容量较低，且高温下的结构有待加强。而三元材料综合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂的性能表现，具有热稳定性好，高电位下比容量高和原料成本低等特点，被认为是最具发展前景的锂电池材料之一。

虽然三元正极材料具有以上诸多优点，但是由于Ni²⁺与Li⁺的离子半径较接近容易出现阳离子混排现象，使得材料在空气中容易发生析锂现象，导致材料的电化学性能变差。目前采用的主要解决方法是对材料进行体相掺杂，但是掺杂存在着一定的缺陷：一方面，非活性物质元素的掺杂会导致电池的容量损失；另一方面，三元正极材料多采用球形或类球形二次颗粒，电池在充放电的过程中二次颗粒表面与电解液接触，正极材料活性颗粒表面发生氟化物的侵蚀和过渡金属离子的溶解，造成表面结构坍塌，循环性能恶化。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供一种改性的锂离子三元正极材料及其制备方法，通过硼掺杂降低材料的烧结温度，提高材料的振实密度，使Ni²⁺在Li⁺层中的混排程度明显减弱，并且通过二氧化钛包覆来抑制材料中金属离子的溶解，提高活性材料的稳定性，进一步提升三元材料的电化学性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

第一个方面，一种改性的锂离子电池三元正极材料，化学通式为：LiNi_aCo_1-a-bMn_bB_xO₂/TiO₂，其中0<a<1，0<b<1，0<1-a-b<1，0.005<x<0.1，TiO₂为包覆层。

作为优选，所述的TiO₂包覆层与LiNi_aCo_1-a-bMn_bB_xO₂的质量比为0.0005～0.05:1。

作为进一步的优选，所述的TiO₂包覆层与LiNi_aCo_1-a-bMn_bB_xO₂的质量比为0.0005～0.01:1。

第二个方面，一种如第一个方面所述的改性的锂离子电池三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：

⑴ 将可溶性的金属镍盐、钴盐和锰盐按照预定的摩尔比溶于一定量的去离子水中，配制成混合盐溶液，将NaOH和氨水溶解在去离子水中配制成混合碱溶液；将上述混合盐溶液和混合碱溶液以一定的速度加入去离子水中，反应一段时间后，经过过滤、洗涤和干燥，得到三元材料前驱体(Ni_aCo_1-a-bMn_b)(OH)₂；

⑵ 将三元材料前驱体粉末和硼化合物按一定比例混合并在空气气氛中在300～800℃焙烧4～12h；

⑶ 将焙烧后的三元材料前驱体粉末与锂盐粉末按一定比例球磨均匀混合，经高温煅烧得到掺杂改性的三元材料LiNi_aCo_1-a-bMn_bB_xO₂；

⑷ 将含钛化合物均匀分散到无水乙醇后，加入掺杂改性的三元材料粉末进行高速搅拌，搅拌均匀后加入去离子水经过水解反应后干燥，在300～650℃恒温煅烧3～8h，自然冷却得到二氧化钛包覆的掺杂改性的三元正极材料。