[发明专利]一种金属硼化物与硼酸盐复合包覆改性的镍钴锰三元材料前驱体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种金属硼化物与硼酸盐复合包覆改性的镍钴锰三元材料前驱体，包括镍钴锰三元材料前驱体其表面的金属硼化物与硼酸盐的复合物包覆层。还提供了一种改性三元前驱体的制备方法。本发明通过对镍钴锰三元前驱体表面包覆金属硼化物与硼酸盐复合物包覆层，两者复合的包覆层形成了结构稳定性和热稳定性好且电压平台稳定的包覆层，并能够提供锂离子和电子导电，提升了材料的导电性，复合包覆全面改善了材料的结构和性能，有利于提升镍钴锰三元材料的结构稳定性、循环性能和倍率性能。本发明的前驱体制备方法成本低，易实现、简单有效，且能制备所需结构、组成和性能的改性前驱体。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种金属硼化物与硼酸盐复合包覆改性的镍钴锰三元材料前驱体及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为当下最具潜力的二次电源，广泛应用于我们的日常生活当中。目前锂离子电池材料中三元材料由于其高能量密度和高稳定性，使其实际应用最为广泛。三元材料尤其是高镍材料容易发生阳离子混排，使得材料的电化学性能衰退。因此，我们对三元前驱体进行改性处理，使其前驱体结构稳定，以减弱Li⁺/Ni²⁺阳离子混排的发生，从而提升三元材料的整体性能。

改性方法主要包括表面包覆，掺杂改性以及结构优化等措施，其中表面包覆作为最广泛的改性方法，可以在不改变主体材料结构性能的基础上，对主体材料的表面结构进行保护和优化，从而有效改善材料的电化学性能。而单一的表面包覆方法由于其保护效力单一，不能对材料进行全面的性能改进。因此本发明通过一种金属硼化物和硼酸盐的复合包覆，既有效提升了材料的离子传递速率，又能够同时提升材料的结构稳定性和热稳定性，这将为今后材料的实际应用提供有效的参考。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，提供一种金属硼化物与硼酸盐复合包覆改性的三元材料前驱体及其制备方法。

本发明的目的具体通过以下技术方案实现：

一种金属硼化物与硼酸盐复合包覆改性的镍钴锰三元材料前驱体，包括镍钴锰三元材料前驱体和位于镍钴锰三元材料前驱体表面的包覆层，所述包覆层为金属硼化物与硼酸盐的复合物。

作为优选，所述复合物的包覆量为镍钴锰三元材料前驱体的3～15%，进一步优选为5～10%，所述包覆层厚度为10～50nm。

作为优选，所述镍钴锰三元材料前驱体的分子式为Ni_1-x-yCo_xMn_y(OH)₂，其中0.1≤x≤0.3，0.1≤y≤0.3；所述金属硼化物与硼酸盐复合为Me_zB/Me₃(BO₃)₂，其中1.5≤z≤3，其中Me为Mn、Co、Ni中的一种或两种以上，优选Me为Ni。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种金属硼化物与硼酸盐复合包覆改性三元材料前驱体的制备方法，包括以下步骤：

（1）根据镍钴锰三元材料前驱体中镍、钴、锰的摩尔比配制镍、钴、锰的金属盐溶液A；然后将金属盐溶液A以一定速率加入到反应釜中，并控制氢氧化钠溶液和氨水溶液的加入量，控制釜内pH保持在10.5～12，反应一定时间后，过滤干燥得三元材料前驱体Ni_1-x-yCo_xMn_y(OH)₂；

（2）将镍钴锰三元材料前驱体分散于溶剂中，于保护气氛下，依次加入二价金属盐、硼氢化钠，进行搅拌反应，待反应完成后，经固液分离和干燥，再将其与少量的硼酸混合，研磨均匀，煅烧得到金属硼化物与硼酸盐复合包覆的镍钴锰三元材料前驱体。

作为优选，步骤（1）中，所述一定速率为5～10mL/min，有利于获得所需尺寸的颗粒，能够确保反应均匀，所获得的材料颗粒分布均匀。