【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電池，特別是涉及三元正極材料及其制備方法和應用。
技術介紹
1、三元正極材料因其具有更高的理論比容量和更高的電壓平臺，在高能量密度的鋰離子電池領域中受到廣泛關注。然而，三元正極材料的能量密度隨著鎳含量的提高而提高，但更高的鎳含量會加劇材料與電解液的副反應，使得循環壽命下降，而且倍率性能也較差。
2、為解決上述問題，現有技術中通常對三元正極材料的表面進行表面包覆，而常用的包覆層主要為碳包覆，但是，碳材料具有一定的還原性，在燒結時容易與具有氧化性的三元材料發生反應，導致三元材料性能的下降，并且碳材料不具備鋰離子電導性，同時仍存在包覆不均勻的問題，因此，使得制備的三元正極材料的倍率性能的提高有限，且循環性能也較差。
技術實現思路
1、基于此，有必要針對上述問題，提供一種三元正極材料及其制備方法和應用。該三元正極材料具有優異的倍率性能和循環性能。
2、一種三元正極材料，所述三元正極材料包括內核以及包覆于所述內核至少部分表面的包覆層，所述包覆層包括導電子化合物和導鋰離子化合物，所述導電子化合物選自硼化鎳和/或硼化鈷，所述三元正極材料為一次顆粒堆積而成的二次顆粒，其中，所述導電子化合物存在于二次顆粒表面以及一次顆粒之間形成的晶界中，且所述晶界中硼元素的質量分數大于或等于1％。
3、在其中一個實施例中，所述包覆層還滿足以下條件中的至少一條：
4、(1)所述晶界中硼元素的質量分數為1.2％-5％；
5、(2)所述包覆層在所述
6、(3)所述導電子化合物和所述導鋰離子化合物的質量比為1:10-1:1；
7、(4)所述導鋰離子化合物選自含有al、b、ti、la、zr、p、si中的至少一種元素的化合物。
8、在其中一個實施例中，所述三元正極材料還需滿足以下條件中的至少一條：
9、(1)所述二次顆粒的中值粒徑為5μm-15μm；
10、(2)所述一次顆粒的平均粒徑為150nm-800nm。
11、在其中一個實施例中，所述內核材料的分子通式為linnixcoymn1-x-y-zmzo2，其中0.9＜n＜1.2，0.6≤x＜1，0＜y≤0.2，0≤z≤0.02，m選自b、mg、si、v、cr、zn、sr、y、zr、nb、mo、sn、sb、ba、w、ta中的至少一種。
12、本專利技術的三元正極材料中，包覆層包括導電子化合物和導鋰離子化合物，利用導電子化合物的導電子性以及導鋰離子化合物的導鋰離子性，使得包覆層整體具有導電子和導鋰離子的能力，能夠構建電子傳輸通道和鋰離子傳輸通道，提升三元正極材料的電子電導率和離子電導率，有效提高三元正極材料的倍率性能；同時，限定導電子化合物存在于二次顆粒表面以及一次顆粒之間形成的晶界中，且晶界中的硼元素在三元正極材料中的含量，不僅能夠構建完整的電子傳輸通道，進一步提升正極材料的倍率性能，而且能夠實現了對三元正極材料的表面和晶界位置進行全方位的包覆，提高了三元正極材料的結構穩定性；而且，導電子化合物硼化鎳和/或硼化鈷本身具有穩定的化學性質，可以減少與電解液的副反應，抑制hf侵蝕，從而能夠提高三元正極材料的循環性能。因此，本專利技術的三元正極材料具有優異的倍率性能和循環性能。
13、一種如上述所述的三元正極材料的制備方法，包括以下步驟：
14、將內核材料、聚乙烯吡咯烷酮、溶劑以及過渡金屬鹽溶液混合，然后于0℃-10℃加入硼氫化物溶液進行反應，接著經分離、干燥得到中間體，其中，所述過渡金屬鹽溶液選自含有鎳和/或鈷的鹽溶液，所述硼氫化物溶液中硼氫化物占所述內核材料質量的質量分數大于或等于0.01％，以1kg-5kg所述內核材料為基準，所述硼氫化物溶液的加入速度為10ml/min-40ml/min；
15、將所述中間體和導鋰離子源混合并于氧氣氛圍下燒結，得到三元正極材料。
16、在其中一個實施例中，所述三元正極材料的制備方法中，還需滿足以下條件中的至少一條：
17、(1)所述內核材料和所述聚乙烯吡咯烷酮的質量比為1:0.01-1:0.05；
18、(2)所述內核材料和所述溶劑的質量比為1:0.5-1:1.2，所述溶劑選自水和/或醇；
19、(3)所述過渡金屬鹽溶液中過渡金屬鹽的質量為所述內核材料質量的0.03％-1％；
20、(4)所述硼氫化物溶液選自硼氫化鈉溶液、硼氫化鉀溶液、硼氫化鋰溶液中的至少一種；
21、(5)加入硼氫化物溶液的過程中伴隨著攪拌；
22、(6)所述導鋰離子源的質量為所述中間體質量的0.025％-0.5％；
23、(7)所述導鋰離子源選自含al、b、ti、la、zr、p、si中的至少一種元素的化合物；
24、(8)燒結溫度為250℃-450℃，燒結時間為6h-20h。
25、在其中一個實施例中，所述內核材料的制備方法包括：將三元材料前驅體和鋰源混合并于氧氣氛圍下燒結，得到內核材料。
26、在其中一個實施例中，所述內核材料的制備方法中，還滿足以下條件中的至少一條：
27、(1)所述三元材料前驅體和所述鋰源的摩爾比為1:1.01-1:1.2；
28、(2)所述三元材料前驅體選自鎳鈷錳氫氧化物、鎳鈷錳氧化物、鎳鈷錳碳酸鹽、鎳鈷錳乙酸鹽中的至少一種，所述鋰源選自氫氧化鋰和/或碳酸鋰；
29、(3)還加入摻雜劑，所述摻雜劑的質量為所述三元材料前驅體質量的0.01％-4％，所述摻雜劑選自含有b、mg、si、v、cr、zn、sr、y、zr、nb、mo、sn、sb、ba、w、ta中的至少一種元素的化合物；
30、(4)燒結溫度為650℃-850℃，燒結時間為8h-15h。
31、一種采用如上述所述的三元正極材料制備而成的正極片。
32、一種采用如上述所述的正極片制備而成的鋰離子電池。
33、本專利技術的三元正極材料的制備方法中，以硼氫化物作為硼源，于特定溫度下加入硼氫化物溶液，并限定硼氫化物溶液的加入速度以及定硼氫化物和內核材料之間的用量，使得硼氫化物溶液和過渡金屬鹽溶液進行原位反應并形成導電子化合物，且在界面化學反應的強大驅動力下，導電子化合物不僅包裹在二次顆粒表面，而且深入至一次顆粒的晶界處，使得晶界中硼元素的質量分數大于或等于1％，能夠構建完整的電子傳輸通道，且在聚乙烯吡咯烷酮的誘導下均勻包覆，提高了結構穩定性；以及通過燒結引入導鋰離子化合物并與導電子化合物共同構成包覆層，構建鋰離子傳輸通道，使得包覆層整體具有導電子和導鋰離子的能力，從而提升三元正極材料的電子電導率和離子電導率，進而有效提高三元正極材料的倍率性能和循環性能。
34、一種采用如上述所述的三元正極材料制備而成的正極片。
35、一種采用如上述所述的正極片制備而成的鋰離子電池。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種三元正極材料，其特征在于，所述三元正極材料包括內核以及包覆于所述內核至少部分表面的包覆層，所述包覆層包括導電子化合物和導鋰離子化合物，所述導電子化合物選自硼化鎳和/或硼化鈷，所述三元正極材料為一次顆粒堆積而成的二次顆粒，其中，所述導電子化合物存在于二次顆粒表面以及一次顆粒之間形成的晶界中，且所述晶界中硼元素的質量分數大于或等于1％。
2.根據權利要求1所述的三元正極材料，其特征在于，所述包覆層還滿足以下條件中的至少一條：
3.根據權利要求1所述的三元正極材料，其特征在于，所述三元正極材料還需滿足以下條件中的至少一條：
4.根據權利要求1所述的三元正極材料，其特征在于，所述內核材料的分子通式為LinNixCoyMn1-x-y-zMzO2，其中0.9＜n＜1.2，0.6≤x＜1，0＜y≤0.2，0≤z≤0.02，M選自B、Mg、Si、V、Cr、Zn、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Sn、Sb、Ba、W、Ta中的至少一種。
5.一種如權利要求1-4任一項所述的三元正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
6.根據權利
7.根據權利要求5所述的三元正極材料的制備方法，其特征在于，所述內核材料的制備方法包括：將三元材料前驅體和鋰源混合并于氧氣氛圍下燒結，得到內核材料。
8.根據權利要求7所述的三元正極材料的制備方法，其特征在于，所述內核材料的制備方法中，還滿足以下條件中的至少一條：
9.一種采用如權利要求1-4任一項所述的三元正極材料制備而成的正極片。
10.一種采用如權利要求9所述的正極片制備而成的鋰離子電池。
...【技術特征摘要】
1.一種三元正極材料，其特征在于，所述三元正極材料包括內核以及包覆于所述內核至少部分表面的包覆層，所述包覆層包括導電子化合物和導鋰離子化合物，所述導電子化合物選自硼化鎳和/或硼化鈷，所述三元正極材料為一次顆粒堆積而成的二次顆粒，其中，所述導電子化合物存在于二次顆粒表面以及一次顆粒之間形成的晶界中，且所述晶界中硼元素的質量分數大于或等于1％。
2.根據權利要求1所述的三元正極材料，其特征在于，所述包覆層還滿足以下條件中的至少一條：
3.根據權利要求1所述的三元正極材料，其特征在于，所述三元正極材料還需滿足以下條件中的至少一條：
4.根據權利要求1所述的三元正極材料，其特征在于，所述內核材料的分子通式為linnixcoymn1-x-y-zmzo2，其中0.9＜n＜1.2，0.6≤x＜1，0＜y≤0.2，0≤z≤0.02，m選自b、mg...
【專利技術屬性】
技術研發人員：吳谷，林哲琪，黃曉笑，于建，
申請(專利權)人：寧波容百新能源科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。