[发明专利]一种掺硼磷酸锂包覆锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种掺硼磷酸锂包覆锂离子电池正极材料，所述正极材料是以高镍含量的层状结构氧化物为基体，所述基体的外表面包覆有掺杂硼的Lisubgt;3/subgt;POsubgt;4/subgt;包覆层。其制备方法包括以下步骤：(1)将锂源、磷源、硼源加入高压反应釜中进行水热反应，反应完成后，冷却、洗涤、过滤、烘干，得到包覆剂；(2)按照化学计量比，称取基体材料与包覆剂混合均匀，烧结，得到掺硼磷酸锂包覆锂离子电池正极材料。发明通过在锂离子电池正极材料的磷酸锂包覆层中引入适量的硼，有效提升了其锂离子导通能力，从而使得经该包覆层包覆的正极材料表现出较好的容量和倍率性能，具有更低的DCIR增长率。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料领域，尤其涉及一种掺硼磷酸锂包覆锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

高镍含量的三元锂过渡金属氧化物(LiTMO₂)正极材料具有高的比容量(≥200mAh/g)，能满足电动汽车用锂离子电池的高能量密度需求，成为当前的研究热点之一。但高镍正极材料同时也伴随着体相结构不稳定和表面副反应增多等问题，使得电池的循环、高温、存储、产气等性能不理想。表面包覆和修饰可防止脆弱的高镍正极材料与电解液直接接触，避免电解液分解与氧化。常见的包覆材料有快离子导体化合物、金属氧化物、氟化物和导电聚合物等，具有高的锂离子迁移能力的LiAlO₂、Li₂O-B₂O₃、Li₃PO₄和Li₂ZrO₃等物质在高镍正极材料上的包覆应用越来越广泛，其中，磷酸锂(Li₃PO₄)电化学性能稳定，且具有较强的锂离子导通能力。现有关于Li₃PO₄包覆的技术，通常都是在有机溶液和水溶液两种体系中进行湿法包覆，如专利文献CN109560274A和CN110010879A分别采用异丙醇和乙醇作为分散剂，此类包覆方法会增加工业化投资和生产成本，且不利于安全生产。专利文献CN109560274A采用水溶液湿法包覆的方法，但该方法需要在溶液中加入额外的锂源LiOH，不利于成品材料中残锂的降低，会影响极片加工和锂离子电池产气性能。另外，湿法包覆工艺过程复杂，会增加材料的生产制造成本和品质管控难度。

因此，Li₃PO₄包覆技术虽然能保护正极材料的颗粒界面，减少电解液侵蚀以提升锂离子电池性能，但主要还会存在以下不足之处：

(1)湿法包覆工艺复杂，有机体系包覆存在生产安全风险，不利于材料的批量工业化；

(2)湿法包覆需要添加额外的锂源，不利于成品材料的残锂控制，磷酸锂的沉淀速度和反应程度也较为不足；

(3)单一的Li₃PO₄包覆物的锂离子导通能力不足，需进一步提升包覆效果。

因此需要对Li₃PO₄包覆技术进行进一步研究。

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，提供一种掺硼磷酸锂包覆锂离子电池正极材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种掺硼磷酸锂包覆锂离子电池正极材料，是以高镍含量的层状结构氧化物为基体，所述基体的外表面包覆有掺杂硼的Li₃PO₄包覆层。

上述的包覆锂离子电池正极材料，优选的，以基体的总质量为基准，包覆层中磷元素的含量为100～10000ppm，硼元素的含量为10～1000ppm。