[发明专利]一种单晶镍钴锰酸锂三元材料的制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，公开了一种单晶镍钴锰酸锂三元材料的制备方法。该方法包括：(1)将锂源与三元单晶前驱体按质量比(0.8‑1.2)：1进行混合，得到混合料，然后进行升温和煅烧，得到D50为9‑12μm的团聚体结构晶种；(2)将步骤(1)得到的团聚体结构晶种与三元单晶前驱体和锂源进行混合，得到混合料，然后进行升温煅烧，得到单晶镍钴锰酸锂三元材料。本方法可以得到小颗粒单晶材料，容量高、倍率性能很好、循环性能好；制备工艺简单，得到的单晶形态良好、颗粒圆润、一次颗粒尺寸一致性好，具有较高的商业价值。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种单晶镍钴锰酸锂三元材料的制备方法。

背景技术

近些年，随着智能手机和便携式个人电脑的发展，具有高能量密度的小体积和轻量化的二次电池有很大的市场需求。同时，高功率二次电池同样有很大的市场需求，尤其是在汽车、无人机等运输设备等方面。

锂离子二次电池可以满足上述的需求，自20世纪90年代索尼公司成功将LiCoO₂推向商业化市场之后，锂离子电池因其比容量高、循环寿命长、安全性能好等优点在国内外得到广泛应用于各种手机、笔记本等移动终端设备，但由于高温和耐过充性能差，加之钴日益升高的价格限制了高功率动力电池的应用，寻求一种可替代LiCoO₂在高功率方面应用的锂离子正极材料已成为热点。镍钴锰酸锂材料，即三元材料，通过Ni-Co-Mn的协同效用，结合了三种材料的优点：LiCoO₂的良好倍率性能，LiNiO₂的高比容量和LiMnO₂的高安全性及低成本性等，已成为最具发展前景的新型锂离子电池正极材料之一。然而三元材料与LiCoO₂相比，其电导率偏低导致其大电流放电及高倍率性能的发挥受到极大的挑战。

CN 201811483940.5一种制备高功率锂离子正极材料及其制备方法中，所述正极材料为Li_aNi_xCo_yMn_zO₂(0.98≤a≤1.10，0.4≤x≤0.95，0≤y≤0.4，0≤z≤0.4，x+y+z＝1)。本发明得到的三元空心结构正极材料形貌规整，粒径分布窄，此结构可以增强对非水电解质的保液能力，可以有效缩短锂离子传输的路径，为大电流放电高倍率充放电提供了有效支撑。CN 202010881538.3一种多孔结构的高倍率镍钴锰酸锂正极材料，正极材料内部为多孔结构。该申请通过前驱体的结晶过程控制，开发了一种体相沉积密度区域差异化的前驱体；结合高温固相的分段反应平台，使得密度低的小颗粒前驱体先反应向大颗粒扩散，形成孔隙，高密度大颗粒前驱体后反应形成二次颗粒的骨架结构。形成的多孔型正极材料，制备的产品具有比容量高、库伦效率、倍率和循环性能优良的特点。

上述申请均是通过构筑中空结构，形成较强的电解液保液能力，有效缩短锂离子扩散路径，使得材料有较好的倍率性能。但中空结构的材料往往不耐压，在制作电池的过程中，需要将极片辊压至一定的压实密度，二次球颗粒在辊压的过程中一般都会部分破裂，对于中空结构的二次球颗粒，内部无有效支撑，经过辊压，更加容易使颗粒破裂，进而导致循环性能急剧下降。

CN 201811417199.2中公开了一种高倍率型单晶镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法，包括由三元镍钴锰氧化物构成的单晶内层和由双金属锂盐构成的包裹外层，所述高倍率型单晶镍钴锰酸锂正极材料的化学通式为：Li_xNi_aCo_bMn_cY_dMo_3dO₂，其中，1≤x≤l.10、0al、0b1、0c1、0d≤0.12、且a+b+c+4d＝1。该申请在单晶型镍钴锰酸锂三元正极材料制备完成后包裹了一层双金属锂盐，包裹层能够有效抑制材料与电解液间的副反应，极大改善了材料的倍率性能和循环性能。