一种高倍率三元正极材料及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高倍率三元正极材料及制备方法和应用，属于锂离子电池材料技术领域。所提供的高倍率三元正极材料包括基材和基材表面的包覆层，其中，基材为锆硼共掺杂的镍钴锰酸锂，包覆层含有钨和铝。其制备方法为：前驱体共沉淀阶段采用Zr元素均相掺杂，提高材料硬度，在一次烧结过程采用B元素掺杂诱导材料一次颗粒往细条形方向发展，获得较大的比表面积，提高倍率性能，后期采用W、Al包覆来减少材料表面与电解液的接触，对材料的循环性能起到很大改善，所制备得到的高倍率、高循环性能的三元正极材料可以作为锂电池正极材料广泛应用。用。用。

【技术实现步骤摘要】
一种高倍率三元正极材料及制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池材料
，具体而言，涉及一种高倍率三元正极材料及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前常用微混系统电池正极材料主要有小颗粒的三元材料，LFP材料，其中LFP压实密度低，低温性能较差，专利CN109686972A 报道了一种高倍率空心球镍酸锂正极材料的制备方法，专利CN109786695A报道了一种高倍率镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法，主要制备出多孔结构的三元材料来提高倍率性能，空心球及多孔结构虽然可以提高倍率性能，担心空心球及多孔结构在极片辊压的过程中容易破碎且空心球及多孔结构与电解液接触过多，容易引起副反应从而导致循环性能变差。
[0003]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0004]本专利技术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倍率三元正极材料及制备方法和应用。
[0005]本专利技术是这样实现的:本专利技术提供一种高倍率三元正极材料，正极材料包括基材和基材表面的包覆层，基材为锆硼共掺杂的镍钴锰酸锂，包覆层含有钨和铝，其中，锆的掺杂量为镍钴锰酸锂质量的1000ppm
‑
3000ppm，硼的掺杂量为镍钴锰酸锂质量的1000ppm
‑
2000ppm，包覆层内钨的包覆量为所述镍钴锰酸锂质量的2000ppm
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4000ppm，铝的包覆量为所述镍钴锰酸锂质量的1000 ppm
ꢀ‑
2000ppm。
[0006]本专利技术还提供一种上述高倍率三元正极材料的制备方法，其包括：将锆掺杂的镍钴锰前驱体与锂源、硼源混合后进行第一次烧结，得到锆硼共掺杂的镍钴锰酸锂，再将锆硼共掺杂的镍钴锰酸锂与钨源、铝源混合后进行第二次烧结，制得高倍率三元正极材料。
[0007]本专利技术还提供一种高倍率三元正极材料作为锂电池正极材料的应用。
[0008]本专利技术具有以下有益效果:本专利技术提供了一种高倍率三元正极材料及制备方法和应用。所提供的高倍率三元正极材料由基材和基材表面的包覆层组成，其中，基材为锆硼共掺杂的镍钴锰酸锂，包覆层含有钨和铝。其制备方法为：前驱体共沉淀阶段采用Zr元素均相掺杂，提高材料硬度，在一次烧结过程采用B元素掺杂诱导材料一次颗粒往细条形方向发展，获得较大的比表面积，提高倍率性能，后期采用W、Al包覆来减少材料表面与电解液的接触，对材料的循环性能起到很大改善，由此制备得到高倍率、高循环性能的三元正极材料可以作为锂电池正极材料。
附图说明
[0009]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附
图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0010]图1为实施例与对比例XRD的对比图；图2为实施例与对比例XRD上的003峰对比图；图3为实施例1提供的锆掺杂的镍钴锰前驱体的SEM图；图4为实施例1提供的三元正极材料的SEM图；图5为对比例1提供的三元正极材料的SEM图。
具体实施方式
[0011]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0012]本专利技术的目的之一在于，提供一种高倍率三元正极材料。
[0013]本专利技术的目的之二在于，提供一种高倍率三元正极材料的制备方法。
[0014]本专利技术的目的之三在于，提供一种高倍率三元正极材料的应用。
[0015]为了达到上述目标，本专利技术的技术方案具体如下：第一方面，本专利技术实施例提供一种高倍率三元正极材料，该正极材料包括基材和基材表面的包覆层，基材为锆硼共掺杂的镍钴锰酸锂，包覆层含有钨和铝，其中，锆的掺杂量为镍钴锰酸锂质量的1000ppm
‑
3000ppm，硼的掺杂量为镍钴锰酸锂质量的1000ppm
ꢀ‑
2000ppm，包覆层内钨的包覆量为所述镍钴锰酸锂质量的2000ppm
ꢀ‑
4000ppm，铝的包覆量为所述镍钴锰酸锂质量的1000ppm
ꢀ‑
2000ppm。
[0016]本专利技术实施例提供一种高倍率三元正极材料，镍钴锰内掺杂Zr，采用Zr元素均相掺杂，提高材料硬度，然后采用B元素掺杂，B减小(003)晶面表面能，造成最大化(003)面的择优生长，获得较大的比表面积，提高倍率性能，后期采用W、Al包覆来减少材料表面与电解液的接触，对材料的循环性能起到很大改善。
[0017]第二方面，本专利技术实施例还提供一种上述的高倍率三元正极材料的制备方法，其包括：将锆掺杂的镍钴锰前驱体与锂源、硼源混合后进行第一次烧结，得到锆硼共掺杂的镍钴锰酸锂，再将锆硼共掺杂的镍钴锰酸锂与钨源、铝源混合后进行第二次烧结，制得高倍率三元正极材料。
[0018]本专利技术实施例还提供一种上述的高倍率三元正极材料的制备方法，先在镍钴锰中掺杂Zr，使得烧结后的材料Zr 分布更均匀，Zr 在过渡金属层中，相比Ni
‑
O、Co
‑
O 和Mn
‑
O 键，Zr
‑
O 键更稳定，可稳定材料的晶体结构。Zr 的引入，导致Ni
2+
在锂层得到有序性调控，抑制循环过程中H2‑
H3有害相变，有效改善材料的充放电性能和循环性能。
[0019]然后，将锆掺杂的镍钴锰前驱体与锂源、硼源混合后进行第一次烧结，B 减小(003)晶面表面能，造成最大化(003)面的择优生长。掺杂改变微结构(颗粒大小与形状、晶体取向)缓解深度充电态相变引起的内部应力集中。规则生长的一次颗粒，显著提高材料的比表面积，提高材料的倍率性能， 20C 放电保持率＞95%。同时，提高晶体结构稳定性，降低
O2‑
：2p 能带电位，引入强B
‑
O键(B
‑
O：809kJ
·
mol
‑1, Ni
‑
O:382 kJ
·
mol
‑1)，通过增强氧结构稳定性，提高材料的空气和热稳定性。
[0020]再将锆硼共掺杂的镍钴锰酸锂与钨源、铝源混合后进行第二次烧结，WO3的包覆会在一次颗粒表层形成锂钨氧化物，表面化学改性，促进界面离子电荷转移，提升材料表面的电导率，从而提高材料的倍率性能；首次充电后期氧化铝包覆层抑制了氧空位的消失，导致首次放电容量不可逆损失的减小，从而提高了首次效率，Al2O3包覆三元材料表面，使材料与电解液机械分开，减少材料与电解液副反应，抑制金属离子的溶解，Al2O3氧化物的包覆能阻止充放电过程中阻抗变大，提升材料的循环稳定性。
[0021]在可选的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高倍率三元正极材料，其特征在于，所述高倍率三元正极材料包括基材和基材表面的包覆层，所述基材为锆硼共掺杂的镍钴锰酸锂，所述包覆层含有钨和铝，其中，所述锆的掺杂量为所述镍钴锰酸锂质量的1000ppm
‑
3000ppm，所述硼的掺杂量为所述镍钴锰酸锂质量的1000ppm
ꢀ‑
2000ppm，所述包覆层内钨的包覆量为所述镍钴锰酸锂质量的2000ppm
ꢀ‑
4000ppm，所述包覆层内铝的包覆量为所述镍钴锰酸锂质量的1000ppm
ꢀ‑
2000ppm。2.一种根据权利要求1所述的高倍率三元正极材料的制备方法，其特征在于，其包括：将锆掺杂的镍钴锰前驱体与锂源、硼源混合后进行第一次烧结，得到锆硼共掺杂的镍钴锰酸锂，再将所述锆硼共掺杂的镍钴锰酸锂与钨源、铝源混合后进行第二次烧结，制得所述高倍率三元正极材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，第一次烧结的条件为：将所述锆掺杂的镍钴锰前驱体、锂源和硼源混合均匀后，在空气气氛中，以2℃/min
ꢀ‑
3℃/min的升温速率升温至750℃
‑
790℃保温10h
‑
16h，冷却后过400目筛，得到一次颗粒为细长型的类球形颗粒。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述锂源与所述锆掺杂的镍钴锰前驱体的摩尔比为1.07
‑
1.12：1，所述锂源选自碳酸锂、硝酸锂和氢氧化锂中的一种或几种；以硼元素含量计算，所述硼源的加入量为所述锆掺杂的镍钴锰前驱体质量的0.05%
‑
0.3%，所述硼源选自硼酸或氧化硼，颗粒粒径≤50μm。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，第二次烧结的条件为：将所述锆硼共掺杂的镍钴锰酸锂、钨源和铝源混合均匀后，在空气气氛中，以2℃/min
ꢀ‑
3℃/min的速率升温到450℃
‑
600℃保温6h
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：程正，张彬，朱淇才，范未峰，王政强，
申请(专利权)人：宜宾锂宝新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：