[发明专利]一种掺锶制备镍钴锰酸锂单晶正极材料的方法

说明书

本发明公开了一种掺锶制备镍钴锰酸锂单晶正极材料的方法，包括以下步骤：将三元正极材料前驱体粉末、碳酸锂粉末和助熔剂按比例均匀混合，获得混合粉料；将混合粉料在910℃～970℃温度条件下进行一次煅烧，获得一次煅烧成品；将一次粉料在780℃～880℃温度条件下进行二次煅烧，获得镍钴锰酸锂正极材料；三元正极材料前驱体为Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3(OH)₂，所述助熔剂采用氢氧化锶。本发明提供的正极材料，通过改善正极材料的结构完整性和表面性质，有效提高了三元材料在高电压下的电化学性能，在高电压条件下，表现出较高的比容量和良好的循环性能，可有效改善多晶材料高温循环、产气等问题。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种掺锶制备镍钴锰酸锂单晶正极材料的方法。

背景技术

锂离子电池由于设计轻巧便携、能量密度高、可重复使用等特点，在便携式电子电气设备上经过几十年的应用，已经积累了相当成熟的技术。目前市场上已经成功大规模应用的正极材料主要有层状岩盐结构的钴酸锂(LiCoO₂)材料、橄榄石结构的磷酸亚铁锂(LiFePO₄)材料和立方尖晶石结构的锰酸锂(LiMn₂O₄)材料。但是随着动力电池市场的开拓，上述材料因为生产成本、能量密度和循环性能等材料本身性能的约束，并不能成为新能源汽车动力模块的最佳选择。而镍钴锰酸锂三元材料集成了三个单一材料的优点，并能很好的克服各单一材料性能局限性，低工艺难度、低成本、高能量密度、良好的循环稳定性使其成为了锂离子动力电池中最具使用价值的正极材料。

目前市场对动力锂电池提出了更高的要求，能量密度高、安全性高、循环寿命长、热稳定性好、成本低成为评价动力电池的关键性能指标。尤其是能量密度和安全性问题。一般提高能量密度有两种方法：第一是提高电极材料的容量，第二是提高电池的工作电压。常规的正极材料，其微观形貌多是由亚微米依次晶粒团聚而成的二次球形颗粒，一次晶粒之间存在很多缝隙，存在以下问题：

(1)在较高的压实下，二次球形颗粒会破碎，使正极材料的比表面增加，副反应加剧，造成电化学性能下降；

(2)在高电压充放电过程中，二次球形颗粒易发生结构坍塌，且容易出现产气等问题。在高充电截止电压下，正极材料反应易极化、以及过渡金属的溶出，导致不可逆容量损失；且二价镍离子的半径与锂离子半径相近，容易发生3b位置的镍二价离子与3a位置的锂离子混排现象，导致材料结构发生变化；

(3)高电压条件下，电解液会发生一些列副反应，副反应产物HF等会对电池活性材料表面造成破坏，影响材料结构的完整性。

综上可知，正极材料的结构完整性和表面性质直接影响着三元材料高电压性能，这两方面因素综合决定了正极材料在高电压条件下的比容量、循环性能以及与电解液之间发生副反应等一系列性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：传统三元正极材料在高电压条件下，二次颗粒不稳定，正极材料在高电压条件下的比容量、循环性能等电性能相对较差，本发明提供了解决上述问题的一种掺锶制备镍钴锰酸锂单晶正极材料的方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种掺锶制备镍钴锰酸锂单晶正极材料的方法，包括以下步骤：

步骤A，将三元正极材料前驱体粉末、碳酸锂粉末和助熔剂按比例均匀混合，获得混合粉料；

步骤B，将混合粉料在910℃～970℃温度条件下进行一次煅烧，获得一次煅烧成品；

步骤C，将一次粉料在780℃～880℃温度条件下进行二次煅烧，获得镍钴锰酸锂正极材料；