[发明专利]一种长循环高镍单晶正极材料的制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池材料领域，具体涉及一种长循环高镍单晶正极材料的制备方法，提供了一种免水洗的高镍单晶正极材料的制备方法，通过前驱体与锂盐混合、脱水、一次烧结、包覆、二次包覆烧结等工艺，体相掺杂结合复合包覆双重修饰材料，获得低残碱、高压实、长循环的高镍单晶镍钴锰酸锂正极材料，同时该工艺具有降低生产成本的优势。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料领域，具体涉及一种长循环高镍单晶正极材料的制备方法。

背景技术

要实现碳中和，不管是储能方面，还是电动汽车方面，都离不开锂电池。新能源汽车和锂电池在我国实现“双碳”目标的国家战略中，站到了C位。

作为锂电池的核心部分，开发出一款高能量密度、长循环、高安全性的三元正极材料成为提升锂电池性能的重中之重。基于此，进一步提高三元正极材料中镍的含量来提高容量，同时使用小粒度的单晶颗粒代替二次球来提高倍率性能和循环性能，即高镍镍钴锰酸锂单晶正极材料(NCM)应运而生。

高镍单晶NCM由于Ni的高含量满足了容量的需求，同时使用小粒度的单晶颗粒来提高倍率性能和循环性能，理论上完美地符合需求，但在商业化过程中还有许多亟需解决的问题。高镍单晶正极材料在高温烧结中Li/Ni混排严重，更多的Li迁移到表面，存在表面残碱过高引起电池产气的问题。超高含量的 Ni，材料内部未被氧化的Ni2+比例随之升高，阳离子混排率增加，在长循环过程中混排结构会持续加剧，层状结构向岩盐状结构转变，恶化电池容量和循环性能。目前高镍单晶正极材料制备普遍做法在过程中增加一道水洗工序：即通过纯水水洗去除表明残锂等惰性物质。这就带来以下问题：水洗时间过长或烘干温度不当，表面结构破坏严重或生成杂质相导致电池阻抗增加并影响电池循环寿命、企业量产需增加水洗工序导致产能受限以及需要花费财力处理含有重金属的废水。

其中专利CN114068912A公开了一种二元高镍单晶正极材料及其制备方法, 发明的镍钴酸锂二元高镍单晶正极材料由于Co相对较多，成本较高，无法在成本与性能上达到平衡；专利CN112573589A公开的一种单晶型高镍三元层状正极材料的制备方法，发明的单晶高镍三元材料需要通过无水乙醇洗涤，工艺复杂，成本较高，无法工业化。专利CN114940519A高镍单晶镍钴锰酸锂三元正极材料的制备方法，发明的单晶高镍三元材料需要通过水洗工艺去碱，表面结构会破坏，影响材料的电池性能，增加生产成本。因此开发一种免水洗的高镍单晶正极材料制备方法具有重要意义。

发明内容

本发明提供一种免水洗的高镍单晶正极材料的制备方法，所采用的技术方案为：一种免水洗的高镍单晶正极材料的制备方法，采用高镍三元NCM前驱体，通过前驱体与锂盐混合、脱水、高速分散，一次烧结、包覆、二次包覆烧结等工艺，获得低残碱、高压实、长循环的高镍单晶NCM正极材料，同时在一定程度上降低成本的一种高镍单晶正极材料制备方法。

具体包括以下步骤:

(1)将高镍氢氧化物前驱体和锂盐按照一定比例通过干法高速混合均匀，在富氧通气且强排气条件下，进行烧结脱水，得到球形高镍NCM三元前驱体材料和无水锂盐；

(2)将步骤1脱水的混合物以及金属氧化物添加剂A进行高速混合分散，得到添加剂混合均匀且颗粒分布弥散的混合物；

(3)将步骤2的混合物在富氧条件下进行高温烧结，烧结物再经过旋轮粗破、气流粉碎得到高镍单晶一次烧结料；

(4)将步骤3的一次烧结料与包覆剂B进行干法中高速混合，氧气条件下中高温烧结得到高镍单晶二次烧结料；

(5)将步骤4的二次烧结料与包覆剂C进行干法中速混合，氧气条件下低温烧结得到高镍单晶NCM正极材料。