[发明专利]一种高度单分散的单晶型高镍三元正极材料的合成方法及其应用

说明书

本发明公开了一种高度单分散的单晶型高镍三元正极材料的合成方法及应用，该方法包括以下步骤：先将新型高效复合添加剂与高镍三元前驱体按一定比例研磨混合均匀，置于管式炉中，采用梯度煅烧技术得到阴阳离子协同掺杂的单晶型高镍三元中间体；将中间体与锂源研磨混合均匀并置于管式炉中煅烧一段时间，最终创制出高度单分散的单晶型高镍三元正极材料。所采用的兼具阴阳离子协同掺杂功效的新型复合添加剂为单分散单晶型高镍三元材料的合成提供了优良的动力学成核环境。所采用的新型变温煅烧技术，成功避免了高温下引发更严重的阳离子混排和锂挥发问题，在较低煅烧温度和较短保温时间即可实现高品质高性能单晶型高镍三元正极材料的创制。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种高度单分散的单晶型高镍三元正极材料的合成方法及其应用。

背景技术

为了减少煤炭、石油、天然气等不可再生能源的持续性消耗和生态环境的逐渐恶化，风能、太阳能、氢能等可再生能源越来越受到人们的重视。相比传统化石燃料而言，新能源具有资源丰富，可再生等优点，但是同时也有供能间断，可用能源波动性大等缺点。所以储能变的极其重要。相比其他电化学储能材料来说，锂离子电池具有许多优点，包括高能量密度、低自放电、长寿命和可忽略的记忆效应，使其在电池市场上具有竞争力。

随着人们对能量密度要求的不断提高,传统的正极材料磷酸铁锂(LiFePO₄),锰酸锂(LiMn₂O₄)和中低镍三元材料 LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂ (x≤0.6)(NCM)，已难以满足人们的日常生活需求。高镍三元正极材料LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂(x≥0.8)(NCM)具有较高的可逆容量(≥200mAh/g)、较高的电压(≥4.3 V)和较低的成本，被认为是最具应用前景的正极材料之一。

传统的三元材料为多晶型，一般认为是数百个纳米级一次颗粒团聚而成的微米级二次颗粒，实现相对较高的堆积密度和可逆容量。但是，其在长期循环过程中表现出严重的容量衰减和不稳定性。研究发现，其主要原因是颗粒在高压运行和长期循环过程中容易沿晶界开裂，暴露更多的表面积，电解液沿晶界裂纹向二次球渗透，电极/电解液界面面积大大增加，这通常会导致副反应的急剧积累和相变，导致氧的损失和热释放使得性能愈加恶化。

单晶型高镍三元材料是一种没有晶界的一次颗粒，在高电压和长循环下几乎可以保持结构稳定，是解决多晶材料晶界开裂的最佳解决方案。很好的解决了多晶材料由于晶界开裂而引起的结构崩塌和急剧增加的副反应。在单晶型高镍三元材料中，通常的制备技术制备出的单晶材料往往是较大尺寸的团聚型二次颗粒，这种高度团聚的单晶材料也在一定程度上制约着压实密度、能量密度的提升和循环性能的提高。但高度分散的单晶材料，不但可以大幅度增加材料的振实密度和压实密度，有效提高材料的能量密度，而且还可以有效减少循环过程中不同单晶颗粒界面之间各向异性的相互应力作用所导致的微裂纹和结构崩塌，加强材料的结构稳定性和循环性能。所以，制备出高度分散的单晶高镍三元材料是解决材料结构稳定性和电化学性能的关键。