[发明专利]一种单晶形貌镍钴锰锂离子电池正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种单晶形貌镍钴锰锂离子电池正极材料的制备方法，通过同时加入助烧剂氧化硼、熔盐制备得到形貌、加工性能更佳的单晶形貌的三元正极材料。通过扫描电镜测试发现，本发明制备得到的三元正极材料单晶一次颗粒颗粒大、单精度高，制备得到的单晶三元正极材料高电压下具有良好的电化学性能。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，更具体地说涉及一种单晶形貌镍钴锰锂离子电池正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池在便携电子产品中应用非常广泛，随着电子产品的普及和进步，对于电池性能的要求也越来越高。目前，锂离子电池的负极材料的比容量要比正极材料高的多，故而正极材料是制约锂离子电池发展的瓶颈。钴酸锂(LiCoO₂)的4.3V 0.1C理论充电比容量可达274mAh/g，但是钴的价格昂贵，毒性大，高能量密度充放电会因材料结构坍塌而使其容量降低，从而限制了其应用；磷酸铁锂(LiFePO₄)具有极佳的安全性，环境友好，优异的循环稳定性，但是其理论比容量较低，只有170 mAh/g，在未来高功率密度的应用环境中不甚理想。相比较而言，镍钴锰三元材料4.3V0.1C下理论充电比容量可达275 mAh/g，目前实际比容量可达180-200 mAh/g，同时由于镍和锰的引入，钴的用量减少，从而降低了成本和毒性，同时Ni²⁺有助于提高材料的可逆容量等，使得镍钴锰三元正极材料前景广阔。

单晶颗粒比表面积相对较小，这就减小了电极材料与电解液的直接接触面积，从而减少了电极材料与电解液的副反应，提高材料的循环稳定性和热稳定性；同时，单晶颗粒还能减少Li+脱嵌过程中穿过晶界的次数，从而提升Li+的脱嵌速度，有利于改善材料的倍率性能。然而，目前很多方法制备得到的单晶三元正极材料二次颗粒单晶度较低，很多由一次颗粒团聚而成，严重影响了正极材料的电化学性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，通过改进现有技术的不足之处，提供一种单晶形貌镍钴锰锂离子电池正极材料的制备方法，在前驱体中同时加入助烧剂、熔盐进行一次烧结后再混锂二次烧结，通过该方法制备得到的三元正极材料单晶度高，电化学性能更优。

本发明通过以下技术方案实现：

一种单晶形貌镍钴锰锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下制备步骤：

（1）将可溶性镍盐、钴盐和锰盐按镍钴锰元素质量比5：2：3比例溶解于去离子水中，在反应釜中持续搅拌，加入氨水与氢氧化钠溶液，制备得到前驱体；

（2）将步骤（1）得到的前驱体与助烧剂、熔盐混合后进行一次烧结，助烧剂质量是前驱体质量的0.2%~5%，熔盐与前驱体的质量比为1~5：1，烧结温度为500-800℃、保温时间为2~10h，洗涤、干燥、过300目筛；

（3）将步骤2得到的物料混碳酸锂后，在空气气氛下进行二次烧结，碳酸锂与前驱体的摩尔比为1.10~1.40：1，烧结温度为850℃~970℃、保温时间为4~24h，过筛，得到单晶镍钴锰锂电极材料。

本发明进一步技术方案是，步骤（2）中所述的助烧剂为氧化硼。

本发明进一步技术方案是，步骤（2）中所述的熔盐为氯化钾或氯化钠。

本发明最佳技术方案是，步骤（2）中助烧剂质量是前驱体质量的0. 5%，熔盐与前驱体的质量比为4：1，烧结温度为800℃、保温时间为10h；步骤3中烧结温度为900℃、保温时间8h。

本发明与现有技术相比具有以下明显优点：