[发明专利]一种硼掺杂镍钴锰正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种硼掺杂镍钴锰正极材料及其制备方法。硼掺杂镍钴锰正极材料的基体通式为Li_aNi_bCo_cMn_dM_eM’_fB_zO₂，M为Mg、Al、Zr或Ti，M’Sn、Y、Mo、W、Nb、Ta中的一种或几种，且a、b、c、d、e、f、z的取值满足以下要求：0.95≤a≤1.2，0.7≤b＜1，0＜c≤0.2，0＜d≤0.2，0＜e≤0.02，0＜f≤0.01，0＜z≤0.02。制备步骤为：按照化学计量比，将锂源、镍钴锰三元前驱体、MB₂、M’的化合物混合，高温烧结，再用去离子水洗涤、干燥，与包覆剂低温烧结后得到硼掺杂镍钴锰正极材料。本发明在基体中同时掺杂有金属元素以及硼元素，硼元素更易进入晶格内部，可以取代晶格中的过渡金属原子，形成键能更大的B‑O键，稳定晶体结构，改善高温存储性能，降低电池产气。

技术领域

本发明属于三元正极材料，尤其涉及一种硼掺杂镍钴锰正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池可用于3C产品、电动工具、新能源汽车等领域，近期伴随着新能源汽车的飞速发展，锂离子电池的需求量也急剧增加。为了解决市场对高能量密度、成本低廉、高性价比电池的需求，高镍三元正极材料被推上了研究前沿。

研究者发现，除常用的阳离子金属改性以外，使用硼化合物例如氧化硼或硼酸，或者以掺硼化合物作为包覆层，可起到隔绝电解液的作用，有利于提高正极材料的循环性能。如公开号为CN108899502A的中国专利公开了“一种高容量镍钴锰酸锂基复合正极材料及其制备方法”，该方法在一烧水洗后，通过二烧将硼包覆在正极材料表面，能改善材料表面结构，提高界面稳定性，从而提高循环性能。但是，硼包覆在材料表面，无法避免高温存储以及循环过程中的微裂纹产生以及颗粒破碎。颗粒破碎会加剧锂离子电池的产气，产气会导致软包锂离子电池发生胀气；产生的气泡堆积在电池电芯内部，还会引起气泡边缘析锂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种高安全，高温存储性能较好的硼掺杂镍钴锰正极材料。

本发明还提供了上述硼掺杂镍钴锰正极材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种硼掺杂镍钴锰正极材料基体通式为Li_aNi_bCo_cMn_dM_eM’_fB_zO₂，M为Mg、Al、Zr或Ti，M’为Sn、Y、Mo、W、Nb、Ta中的一种或几种，且a、b、c、d、e、f、z的取值满足以下要求：0.95≤a≤1.2，0.7≤b＜1，0＜c≤0.2，0＜d≤0.2，0＜e≤0.02，0＜f≤0.01，0＜z≤0.04。

上述硼掺杂镍钴锰正极材料为二次球颗粒，其表面及内部的一次颗粒呈现择优生长的特点，具体表现为：使用X射线衍射法以及Scherrer公式计算出的(104)晶面的微晶尺寸为48.0nm以上且66.5nm以下。

优选地，f与z的比例范围为1:4～1:20，更优选地，f与z的比例范围为1:4～1:10，在这个比例范围内，更有利于二次球颗粒中的一次颗粒择优定向生长。

优选地，所述硼掺杂镍钴锰正极材料的二次粒径D10为8-12μm，D50为10-15μm，D90为15-25μm。

上述硼掺杂镍钴锰正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照化学计量比，将锂源、镍钴锰三元前驱体、MB₂、M’的化合物混合，高温烧结，得到基体；

(2)将基体用去离子水洗涤、干燥，与包覆剂低温烧结后得到硼掺杂镍钴锰正极材料。