[发明专利]富锂锰基复合材料的制备方法、正极材料及锂离子电池

说明书

本发明涉及富锂锰基复合材料的制备方法、正极材料及锂离子电池，其中，富锂锰基复合材料的制备方法包括以下步骤：获取镍钴锰前驱体；将所述镍钴锰前驱体与含硼化合物溶液反应，得到混合前驱体；将所述混合前驱体预烧，冷却后将得到的粉末与锂盐混合，高温烧结后得到所述富锂锰基复合材料。通过对混合前驱体进行预烧，可形成更均匀的包覆层，并促进前驱体的高温烧结，经过该种方法制备得到的富锂锰基复合材料，将其应用于正极材料和锂离子电池中，可明显改善电池的首次库伦效率、倍率性能、循环稳定性和安全性，并大幅度提升使用寿命。且该富锂锰基复合材料制备方法简单、材料成本低廉，具有良好的工业生产价值。

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种富锂锰基复合材料的制备方法、正极材料及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有高比能量、无记忆效应、长寿命以及环境友好等特点，在3C消费品和动力汽车领域具有广阔的应用前景。锂离子电池目前仍处于蓬勃发展期，其在能量密度、安全性、成本等方面还具有很大的提升空间。在锂离子电池中，正极材料占据整个电芯成本的35～40％，因此寻找高比容量、高电压、低成本的正极材料对进一步提升电芯性能具有重要意义。富锂锰基正极材料被国内外研究者誉为下一代最有前景的正极材料之一，是实现2025年单体电芯350Wh/kg目标的关键材料之一。然而，富锂锰基正极材料也存在低首效、倍率差和电压衰减等问题，仍需通过材料方面及电芯、PACK方面的改善和优化。

有研究对富锂锰基材料进行硼掺杂，可提升富锂锰基复合材料作为正极时的倍率性能和循环稳定性等电化学性能，相关技术中，有的采用在前驱体合成时加入硼化合物，该方法容易形成杂相，且硼不容易与镍钴锰共沉淀进入晶格中，导致恶化电化学性能。此外，还有采用先合成镍钴锰前驱体，后将前驱体与锂盐、含硼化合物研磨混合后烧结，该方法采用机械研磨的物理干混形式，容易造成混合不均匀，烧结后得到的材料掺杂不均匀，导致电化学性能不稳定。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明第一方面提出一种富锂锰基复合材料的制备方法，经过该种方法制备得到的富锂锰基复合材料，将其应用于正极材料和锂离子电池中，可明显改善电池的首次库伦效率、倍率性能、循环稳定性和安全性，并大幅度提升使用寿命。

本发明第二方面提出一种正极材料。

本发明第三方面还提出一种锂离子电池。

根据本发明的第一方面，提供一种富锂锰基复合材料的制备方法，包括以下步骤：获取镍钴锰前驱体；将所述镍钴锰前驱体与含硼化合物溶液反应，得到混合前驱体；将所述混合前驱体预烧，冷却后将得到的粉末与锂盐混合，高温烧结后得到所述富锂锰基复合材料。

根据本发明实施例的富锂锰基复合材料的制备方法，至少具有如下有益效果：通过含硼化合物溶液与镍钴锰前驱体反应，得到硼改性的混合前驱体，采用液相法混合反应，使得含硼化合物可以在镍钴锰基体材料表面形成更均匀的包覆层。通过对混合前驱体进行预烧，冷却后将得到的粉末与锂盐混合，由于含硼化合物熔点较低，且具有更好的流动性和润湿性，熔融态含硼化合物渗透到一次颗粒表面，形成更均匀和完整的包覆层，并促进混合前驱体的高温烧结。由于预烧阶段没有加入锂盐，避免了锂盐与含硼化合物的相互竞争，在预烧阶段就能形成良好的包覆层，最终得到更均匀、一致性更好的经硼改性的镍钴锰基复合材料，该复合材料中，锂镍钴锰材料表面具有硼酸锂包覆层，该硼酸锂是一种尖晶石结构，具有三维离子通道，有利于锂离子的迁移。此外，该富锂锰基复合材料制备方法简单、材料成本低廉，具有良好的工业生产价值。

需要说明的是，获取的镍钴锰前驱体的制备方法包括多种，例如共沉淀法、溶胶-凝胶法、固相法、水热法等，可根据不同的应用场景使用不同的制备方法，而目前工业化生产一般采用共沉淀法。