[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，所述制备方法包括以下步骤：(1)将超高镍三元前驱体、第一添加剂和锂源混合，经一步烧结处理得到一烧材料；(2)将硼酸与水混合，加入多羟基化合物得到混合溶液；(3)将一烧材料和第二添加剂混合，得到混合物料，对混合溶液进行雾化处理后与混合物料混合，经二步烧结处理得到所述改性三元正极材料，本发明通过喷雾法包覆多羟基化合物改性的硼酸与超高镍正极材料表面的残碱发生酸碱中和反应，避免容量损失及电池胀气等问题，同时形成的Li₃BO₃作为一种良好的锂离子导体，既能促进锂离子的扩散，又可有效避免电解液对颗粒内部的侵蚀，降低阻抗，提高材料的循环稳定性。

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

近年来，富镍层状氧化物作为锂离子电池的正极材料，因其高能量密度和低成本而备受关注。特别是当锂离子电池大规模应用于新能源汽车时，高能量密度和低成本的优势愈发凸显，并成为主要的衡量指标，因此高镍及超高镍材料被认为是最有前途的正极材料。然而，随着镍含量的增加，表面残留碱高、阳离子混排致使晶体结构稳定性差、热稳定性差等问题显著。

众所周知，具有高表面残留碱的正极材料对空气与水分的高敏感性阻碍了其实际应用，这将导致制造困难并在调浆过程中形成胶浆；高镍材料Ni²⁺与Li⁺排列中的高阳离子混合也可能导致循环过程中晶体结构崩塌，循环稳定性变差；同时由于Ni⁴⁺的强氧化性，电极材料与电解液之间发生严重的副反应，缓慢地分解电解液电解质，这是电池胀气的主要原因之一，给实际使用带来安全隐患。

CN111200120A公开了一种三元正极材料及其制备方法和锂离子电池。所述三元正极材料主要由高镍三元材料核心和硼酸钴包覆层组成。所述制备方法包括：1)将硼源与钴源混合后，在保护性气氛中进行烧结，得到硼酸钴；2)将硼酸钴与高镍三元材料混合，在氧化性气氛中进行加热，得到所述三元正极材料。

CN111370684A公开了一种降低锂离子电池高镍正极材料表面残碱含量的方法，所述方法包括：常温下，向一定量的非水无活性氢有机溶剂中加入一定量的酸或酸的衍生物，搅拌至溶解完全，得到降低锂离子电池高镍正极材料表面残碱用洗涤液；所述洗涤液中所述酸或酸的衍生物的摩尔浓度为待处理的高镍正极材料表面残碱的摩尔量的0.5-1.5倍；在1m/s-10m/s线速度搅拌下，向所述洗涤液中加入待处理的高镍正极材料；离心去除溶剂后，抽真空加热干燥后的得到处理后的高镍正极材料。

上述方案所述正极材料及降低残碱方法存在有电化学性能降低或制成电池胀气明显的问题，大大限制了其在实际中的应用。

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，本发明通过喷雾法包覆多羟基化合物改性的硼酸，与超高镍正极材料表面的LiOH和Li₂CO₃等残碱发生酸碱中和反应而去除，避免不可逆容量损失及电池胀气等问题，同时形成的Li₃BO₃作为一种良好的锂离子导体，既能促进锂离子的扩散，又可有效避免电解液对颗粒内部的侵蚀，降低阻抗，提高材料的循环稳定性。

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的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将超高镍三元前驱体、第一添加剂和锂源混合，经一步烧结处理得到一烧材料；

(2)将硼酸与水混合，加入多羟基化合物得到混合溶液；

(3)将步骤(1)得到的一烧材料和第二添加剂混合，得到混合物料，对步骤(2)得到的混合溶液进行雾化处理后与混合物料混合，经二步烧结处理得到所述改性三元正极材料。