本发明涉及锂离子电池的正极材料及制备，具体是一种掺杂Sr和H3BO3的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料及其制备方法。
背景技术：
传统的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2三元正极材料具有价格低、放电比容量高、循环稳定等特点，但普通523三元正极材料存在多次循环过程中容量保持率较低、压实不高等缺点，影响了其性能的进一步提高。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够提高三元正极材料压实密度，改善锂离子电池性能的掺杂Sr和H3BO3的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料及其制备方法。
本发明的掺杂Sr和H3BO3的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料，其原料组成为：三元前驱体Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2、Li2CO3、Sr(OH)2·8H2O、H3BO3；其中三元前驱体Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2和Li2CO3按化学计量比m(Li+)/m(Ni2++Co2++Mn2+)＝1.04：1；其中Sr在正极材料中掺杂含量质量百分比为0.06％～0.18％；H3BO3在正极材料中掺杂含量质量百分比0.5％～1.2％；各原料通过高温固相烧结制成正极材料。优选的，Sr在正极材料中掺杂含量质量百分比为0.08％～0.095％，H3BO3在正极材料中掺杂含量质量百分比为0.6％～0.8％。
本发明的上述正极材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一，将电池级三元前驱体Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2和电池级碳酸锂Li2CO3按化学计量比m(Li+)/m(Ni2++Co2++Mn2+)＝1.04：1进行配料,再按Sr和H3BO3的掺杂比例配入分析纯Sr(OH)2·8H2O和分析纯硼酸H3BO3；
步骤二，将配好的原料加入三维混料机，并加入混料球进行混料；优选的混料球质量比列为
步骤三，将混合均匀的料放置于箱式气氛炉中，以5℃/min的升温速率升温至300℃，恒温1h；再以5℃/min的升温速率升温至600℃，恒温1h；然后再以5℃/min的速率升温至950℃，恒温4h；烧结后冷却至室温，制得掺杂Sr和H3BO3的锂离子电池LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2三元正极材料；箱式气氛炉中抽风机风量为(7.5～10.5)m3/min。
本发明通过合适的H3BO3和Sr掺杂，制备出的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料制成的极片与传统三元正极材料相比具有更高的压实密度，比能量密度大副提高，同时晶体结构没有发生变化，粒度、pH、比表面积、振实密度也变化不大，有效地提升了全电池性能。
具体实施方式
本发明实施例掺杂Sr和H3BO3的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的制备和实验步骤如下：
1、配料：将三元前驱体Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2(电池级)和碳酸锂Li2CO3(电池级)按化学计量比m(Li+)/m(Ni2++Co2++Mn2+)＝1.04：1进行配料,再按照质量掺杂比例Sr 0.06％～0.18％和硼酸H3BO3 0.5％～1.2％配Sr(OH)2·8H2O(分析纯)和硼酸H3BO3(分析纯)；配料后将料编号。
2、混料：将称量好的原料以“黑白相间”原则加入三维混料机，并加入混料球(混料球质量比列为此比例加入混料球混料能最大限度的使混料均匀)，进行混料2h，混料后编号。
3、烧结：将混合均匀的料放置于箱式气氛炉中，以5℃/min的升温速率升温至300℃，恒温1h，再以5℃/min的升温速率升温至600℃，恒温1h，然后再以5℃/min的速率升温至950℃，恒温4h，烧结后冷却至室温。抽风机风量为(7.5～10.5)m3/min。将烧结后的料编号。
4、破碎：将烧结后的20组料采用联合破碎法，首先通过鄂破机进行机械粗破碎，然后超声波破碎系统进行二次破碎，再使用超声波振动筛过200目筛，即得到掺杂Sr和H3BO3的锂离子电池LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2三元正极材料，将LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2三元正极材料进行编号。
5、物理性能测试：XRD(对粉末样品进行X射线衍射分析)、SEM(扫描电子显微镜对样品粒径和形貌分析)、材料真密度测试、压实密度测试；
电性能测试：将实验所得正极材料制作成纽扣电池，采用新威电池测试系统测试电池充放电性能。
测试结果分析如下：
1、三元前驱体Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2和碳酸锂Li2CO3为原料，采用固相烧结法、添加适量的H3BO3和Sr(OH)2·8H2O制备了更优良的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料，H3BO3在晶体生长过程中起到了助熔作用，随着H3BO3和Sr掺杂量的增加，使正极材料的一次颗粒长大，晶胞常数也增大，致密度增加，晶体结构没有发生变化，粒度、pH、比表面积、振实密度稍有变化。
2、H3BO3添加量为0.6％～0.8％且Sr掺杂量为0.08％～0.095％时制备出的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料制成的极片具有最高的使用极限压实密度4.12g/cm3，比能量密度提高约13.4％。
3、全电池测试结果显示，H3BO3添加量为0.6％～0.8％且Sr掺杂量为0.08％～0.095％时LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2极片随着压实密度的增大，25℃、0.5C首次充放电比容量有所提升，倍率和循环性能也提升；压实密度为4.12g/cm3时，25℃、0.5C首次充放电比容量为166.25(mA·h)/g，1C循环首次放电比容量为159.82(mA·h)/g，100次循环容量保持率为97.88％，综合电化学性能优异。