[发明专利]一种单晶结构的中低镍无钴正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种单晶结构的中低镍无钴正极材料及其制备方法和应用。所述制备方法包括以下步骤：将锂源与中低镍无钴前驱体混合，烧结，得到所述单晶结构的中低镍无钴正极材料；其中，所述锂源包括碳酸锂和醋酸锂，所述中低镍无钴前驱体包括大粒径中低镍无钴前驱体和小粒径中低镍无钴前驱体。本发明制备单晶结构的正极材料的过程中，以混合锂盐和混合前驱体为原料，利用低熔点的醋酸锂和高活性小粒径、大比表前驱体在较低温度形成晶核，引导反应活性差的碳酸锂和小比表前驱体进行反应，这种方式改变了大粒径前驱体和碳酸锂反应活性差的问题，利于单晶材料的合成，同时形成的材料结构更加稳定，进而提升了正极材料的电化学性能。

技术领域

本发明属于无钴锂离子电池技术领域，涉及一种单晶结构的中低镍无钴正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着环境的持续恶化，以及化石燃料的逐渐匮乏，人类对能源的需求更多地向清洁化、便携化发展。由于锂离子二次电池无污染，储能大，易携带的优点，其被广泛应用于手机电池、计算机、摄像机等3C设备之中。随着技术的发展，高能量密度的锂离子电池越来越广泛地应用在混合式动力汽车，甚至纯电动汽车，为人们的出行提供动力。

镍锰钴酸锂三元正极材料具有能量密度大、循环性能好、安全环保等优点，是目前电池正极材料研究的一个重要方向。然而由于钴资源储存较少，造成了钴价格较贵，同时易被操控价格，且钴对环境污染较大。因此，无钴镍锰酸锂材料的开发在控制成本，增强市场耐受性方面有着巨大的优势。

无钴镍锰酸锂材料中镍主要起到增加比容量，锰主要起到稳定材料骨架的作用。随着人们对电池安全性的持续关注，无钴镍锰酸锂材料的开发逐渐向中低镍方向发展。

目前，由于中低镍正极材料合成温度较高，往往用碳酸锂合成，由于碳酸锂熔点和分解高，合成单晶较为困难，而直接用氢氧化锂，在如此高温度下，挥发严重，同时生产效率低，材料性能差。

CN114506879A公开了一种无钴富锂正极材料的制备及其晶格氧活性调控的一体化方法，包括以下步骤：将无钴富锂前驱体先预烧成无钴富锂前驱体氧化物；将无钴富锂正极前驱体氧化物与锂源混合均匀后，进行高温热处理，随炉冷却后，得到无钴富锂正极材料，锂源包括氢氧化锂、碳酸锂和氯化锂中的至少一种。

CN112133903A公开了一种无钴正极材料的制备方法，包括如下步骤(1)无钴正极材料前驱体制备：(1a)将镍盐、锰盐溶液混合，加入纳米添加剂，超声；(1b)在氮气氛围中，将上述混合液加入反应釜，然后加入强碱与氨水的混合碱溶液，调节pH为9～12，反应温度40～60℃，反应结束后进行洗涤、过滤、干燥；(2)高温烧结：将氢氧化锂与步骤(1b)得到的粉末混合均匀，在700～1000℃恒温煅烧5～20h，自然冷却得到无钴正极材料。

上述两篇文献中，得到中低镍无钴正极材料时，锂为碳酸锂和/或氢氧化锂，而这两种锂源，均存在不同程度的弊端，使得合成得到单晶结构的产品存在较大困难。

因此，如何得到结构稳定的且为单晶结构的中低镍无钴正极材料，提升其电化学性能，是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单晶结构的中低镍无钴正极材料及其制备方法和应用。本发明制备单晶结构的正极材料的过程中，以混合锂盐和混合前驱体为原料，利用低熔点的醋酸锂和高活性小粒径、大比表前驱体在较低温度形成晶核，引导反应活性差的碳酸锂和小比表前驱体进行反应，这种方式改变了大粒径前驱体和碳酸锂反应活性差的问题，利于单晶材料的合成，同时形成的材料结构更加稳定，进而提升了正极材料的电化学性能。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种单晶结构的中低镍无钴正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

将锂源与中低镍无钴前驱体混合，烧结，得到所述单晶结构的中低镍无钴正极材料；