[发明专利]三元正极材料微米级片状单晶结构团聚体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三元正极材料微米级片状单晶结构团聚体的制备方法。首先，采用改进的化学共沉淀法制备由纳米片紧密叠成的微米球状前驱体，该前驱D50大小在6‑8um之间；然后把上述前驱体依次与适量的助熔剂及锂盐进行充分的混合；最后在高温烧结炉中两步高温烧结，最终得到微米级片状单晶结构团聚体的三元正极材料。本发明制备的正极材料结合了单晶结构和团聚体结构两者的优势：一方面，微米级片状单晶，可以使正极材料耐受较高的电压，具有更好的循环稳定性，以及较高的容量和倍率性能；另一方面，球状结构保证材料具有较高的压实密度及优异的电池加工性能；从而制备出具有优异性能的三元正极材料。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料技术领域，涉及一种三元正极材料微米级片状单晶结构团聚体及其制备方法。

背景技术

三元正极材料是近年来开发成功并迅速进入商业化的一种新型锂离子电池正极材料。它较好地兼备了钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂的优点，三元协同效应使其综合性能优于任一单组份化合物，使其具有高比容量、循环性能稳定、成本相对较低、安全性能较好等优点，是动力锂离子电池的理想正极材料，也被认为是最好的、能取代LiCoO₂的正极材料。

众所周知，锂离子电池正极材料的形貌对其电化学性能及后续的电池加工工艺有重大的影响。目前主流的商业化三元正极材料主要分为团聚体和单晶形貌两类。团聚体形貌是纳米级或亚微米级一次颗粒组成的二次微米球形颗粒，细小的一次颗粒使得活性物质与电解液接触面积较大，使得材料的容量较高，倍率性能较好；但是材料界面结构容易遭受到电解液的腐蚀和破坏，进而导致过渡金属Ni、Co、Mn在电解液中的溶解，造成电池容量的衰减。单晶材料耐高电压性能好，循环过程中颗粒不易破碎，循环稳定性能较佳；但其容量及倍率性能不及团聚体好。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种三元正极材料微米级片状单晶结构团聚体及制备方法。微米级片状单晶结构团聚体结合了微米单晶和团聚体两者的优点，从而可以获得综合性能较佳的三元正极材料。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种三元正极材料微米级片状单晶结构团聚体的制备方法，包括如下步骤：

(1)前驱体的制备：采用改进的化学共沉淀法制备三元正极材料前驱体，制得一次颗粒具有纳米叠片结构，二次颗粒为纳米叠片状结构紧密叠成的微米颗粒，D50大小在6-8μm之间。

(2)混料：将适量的步骤(1)制备的前驱体与助熔剂，利用高速混料机进行充分混合。然后再加入相应量的锂源，利用高速混料机进一步的充分混合，得到均匀的混合物。

(3)高温煅烧处理：将步骤(2)制备的混合物分装入坩埚或匣钵中，然后转入高温烧结炉，分步烧结：第一步，以一定的升温速率升温至500-740℃，保持4-10小时；第二步，在以一定的升温速率升温至750-1000℃之间，保温10-20小时。然后经过自然冷却、破碎、筛分后，即得到三元正极材料微米级片状单晶结构团聚体。

进一步地，步骤(1)所述前驱体的制备方法中，作为一种优选实施方式，其特征在于：将可溶性镍盐、钴盐、锰盐将一定比例溶液纯水中，配制成混合金属盐溶液，金属阳离子浓度为0.5mol/L-3.0mol/L，优选的，金属阳离子浓度为1mol/L-2.0mol/L；称取适量的沉淀剂，溶于纯水中，配制成浓度为1.1mol/L～6.2mol/L的沉淀剂溶液，优选的，沉淀剂溶液的浓度2.2mol/L～4.2mol/L；利用氨水作为络合剂，取适量的浓氨水，加入适量的纯水，配制成4-12mol/L的氨水溶液；将上述三种溶液泵入反应釜中，进行化学共沉淀反应。

进一步地，步骤(1)所述前驱体的制备方法中，作为一种优选实施方式，其特征在于：所述可溶性镍盐、钴盐、锰盐分别为镍、钴、锰三种金属所对应的硝酸盐、乙酸盐、氯化盐和硫酸盐中的一种或多种；所述沉淀剂为氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钾的一种或多种。