一种硼钇复合包覆的高镍正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种硼钇复合包覆的高镍正极材料及其制备方法，包括基体正极材料和包覆在基体正极材料上的硼钇复合包覆层，基体正极材料的分子式为LiNi

【技术实现步骤摘要】
一种硼钇复合包覆的高镍正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池三元正极材料
，具体涉及一种硼钇复合包覆的高镍正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着新能源汽车的大力推广和应用发展，锂离子电池以其成本低、能量密度高、环境友好等优点被广泛应用于电动汽车和混合动力汽车的动力系统。锂离子电池的性能主要取决于正极材料，在众多正极材料中，层状高镍正极材料因其高能量密度和较好的热稳定性而受到广泛的关注和研究。但该材料由于一些缺陷而极大地限制了其商业化和实际应用。例如，高的镍含量会加剧Li/Ni的混合排列，导致循环过程中的结构变化，并导致裂纹和岩盐相，进而恶化循环性能。此外，随着Ni含量的增加，原料中总碱LiOH/Li2CO3显著增加，导致制浆过程中浆料粘度升高，恶化材料的加工性能。
[0003]研究人员开发了许多方法来解决上述问题。水洗是减少总碱LiOH/Li2CO3的有效方法，但对材料的表面结构有轻微影响，并伴随着容量的降低；表面包覆改性是一种有效的补充方法，包覆材料能有效防止基体正极材料与电解液的直接接触，减少金属阳离子的溶出，从而提高材料的加工性能和循环安全性能，保证体系的电化学稳定性。氧化钇是一种常用的陶瓷添加剂材料，可作为正极材料的包覆剂，但单一氧化钇进行包覆对循环性能的改善受到限制，包覆的均匀性难以保证。硼酸有助于改善包覆层的均匀性，从而提高电池的综合性能。因此，采用硼酸与氧化钇复合包覆，有望产生协同效应，显著提高材料的循环性能。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种硼钇复合包覆的高镍正极材料及其制备方法，以解决LiNi
x
Co
y
M
1-x-y
O2正极材料循环性能等问题，本专利技术可显著的降低正极材料总碱LiOH/Li2CO3值，且复合包覆层可有效的防止正极材料与电解液的反应，提升材料循环性能和安全性能。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案，.一种硼钇复合包覆的高镍正极材料，包括基体正极材料和包覆在基体正极材料上的硼钇复合包覆层，所述基体正极材料的分子式为LiNi
x
Co
y
M
1-x-y
O2，其中0.80≤x≤0.96，0.00≤y≤0.11，x+y≤1，M为Al、Mn、W、Mg中的一种；所述硼钇复合包覆层包括氧化钇和含有硼酸的锂化物层。
[0006]进一步的，所述硼酸占基体正极材料的重量百分率为0.34wt％-0.68wt％；氧化钇占基体正极材料的重量百分率为0.05wt％-0.20wt％；所述硼酸采用2000目，所述氧化钇采用纳米级。
[0007]进一步的，所述硼钇复合包覆层中，硼元素占基体正极材料的重量百分率为0.06wt％-0.12wt％；钇元素占基体正极材料的重量百分率为0.04wt％-0.16wt％。
[0008]本专利技术还提供一种硼钇复合包覆的高镍正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1、将一定量的高镍正极材料前驱体与锂源混合进行一次烧结，得到的
LiNi
x
Co
y
M
1-x-y
O2一次烧结成品；
[0010]S2、对得到LiNi
x
Co
y
M
1-x-y
O2初次烧结成品进行水洗、分离、干燥，即得到基体正极材料；
[0011]S3、将步骤S2中得到的基体正极材料和包覆剂硼酸-氧化钇混合，进行二次烧结，即得到硼钇复合包覆正极材料。
[0012]进一步的，所述步骤S1中，所述高镍正极材料前驱体的分子式为Ni
x
Co
y
M
1-x-y
(OH)2，所述锂源为一水氢氧化锂，所述一水氢氧化锂的分子式为LiOH
·
H2O；所述前驱体与所述一水氢氧化锂的摩尔比为1:(1-1.05)。
[0013]进一步的，所述步骤S1中，所述一次烧结在氧气气氛中进行，温度为680℃-780℃，保温时间为8h-16h，氧气气氛中氧气含量＞90％。
[0014]进一步的，所述步骤S2中，所述LiNi
x
Co
y
M
1-x-y
O2一次烧结成品采用去离子水进行水洗，所述去离子水与LiNi
x
Co
y
M
1-x-y
O2一次烧结成品的质量比为(1-3):1；所述水洗为搅拌水洗，所述搅拌水洗时间为15min-60min，搅拌线速度为900rpm。
[0015]进一步的，所述步骤S2中，所述分离为抽滤分离，所述干燥温度为100℃-150℃，时间为4h-10h。
[0016]进一步的，所述步骤S3中，所述基体正极材料和包覆剂硼酸-氧化钇采用球磨工艺混合，其中球料质量比为1.5:1，转速为1000rpm。
[0017]进一步的，所述二次烧结在氧气气氛下进行，所述氧气含量＞90％，压强20Pa-40Pa，所述二次烧结的温度为250℃-350℃，保温时间为2h-10h。
[0018]与现有技术相比，本申请至少具有以下有益效果：
[0019]本专利技术采用硼酸和氧化钇为包覆剂，借助硼酸优良的流动性和氧化钇优异的化学稳定性所产生的协同效应，包覆层材料均匀的分布于基体正极材料表面，可有效地减少电解液与正极材料之间的界面反应，显著提升正极材料的循环性能并提升电池的循环寿命，且包覆产物具有良好的导电性，能够提升电池放电容量。
[0020]本专利技术中通过水洗结合复合包覆工艺，水洗后的正极材料的总碱LiOH/Li2CO3含量显著降低，有助于降低制浆过程中的浆料粘度，使浆料涂布更加均匀，改善正极材料的加工性能，提升电池容量的均一性，从而提高电池的综合性能。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例3制得的硼钇复合包覆的LiNi
0.91
Co
0.06
Al
0.03
O2正极材料在30k倍电镜下的示意图。
[0022]图2为本专利技术实施例3制得的硼钇复合包覆的LiNi
0.91
Co
0.06
Al
0.03
O2正极材料制备的扣式电池在0.1C倍率下的首次充放电曲线。
[0023]图3为本专利技术实施例3制得的硼钇复合包覆的LiNi
0.91
Co
0.06
Al
0.03
O2正极材料制备的扣式电池在1C倍率下的循环曲线。
[0024]图4为本专利技术实施例3制得的硼钇复合包覆的LiNi
0.91
Co
0.06
Al
0.03
O2正极材料制备的软包电池在1C倍率下的循环曲线。
具体实施方式
[0025]下面结合附图和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硼钇复合包覆的高镍正极材料，其特征在于，包括基体正极材料和包覆在基体正极材料上的硼钇复合包覆层，所述基体正极材料的分子式为LiNi
x
Co
y
M
1-x-y
O2，其中0.80≤x≤0.96，0.00≤y≤0.11，x+y≤1，M为Al、Mn、W、Mg中的一种；所述硼钇复合包覆层包括氧化钇和含有硼酸的锂化物层。2.根据权利要求1所述的一种硼钇复合包覆的高镍正极材料，其特征在于，所述硼酸占基体正极材料的重量百分率为0.34wt％-0.68wt％；氧化钇占基体正极材料的重量百分率为0.05wt％-0.20wt％；所述硼酸采用2000目，所述氧化钇采用纳米级。3.根据权利要求1所述的一种硼钇复合包覆的高镍正极材料，其特征在于，所述硼钇复合包覆层中，硼元素占基体正极材料的重量百分率为0.06wt％-0.12wt％；钇元素占基体正极材料的重量百分率为0.04wt％-0.16wt％。4.一种硼钇复合包覆的高镍正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将高镍正极材料前驱体与锂源混合进行一次烧结，得到的LiNi
x
Co
y
M
1-x-y
O2一次烧结成品；S2、对步骤S1得到LiNi
x
Co
y
M
1-x-y
O2初次烧结成品进行水洗、分离、干燥，即得到基体正极材料；S3、将步骤S2中得到的基体正极材料和包覆剂硼酸-氧化钇混合，进行二次烧结，即得到硼钇复合包覆正极材料。5.根据权利要求4所述一种硼钇复合包覆的高镍正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述高镍正极材料前驱体的分子式为Ni
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【专利技术属性】
技术研发人员：徐可，寇亮，张诚，张超，刘增，田占元，
申请(专利权)人：陕西煤业化工技术研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：