[发明专利]一种小粒径单晶正极材料及其制备方法与锂离子电池

说明书

本申请公开了一种小粒径单晶正极材料的制备方法，包括以下步骤：按照化学计量比取锂源化合物、镍源化合物、钴源化合物和锰源化合物，与络合剂A的水溶液进行混合，反应得到混合溶液；向混合溶液中加入络合剂B的水溶液，反应得到溶胶；将所述溶胶加热，蒸发浓缩，形成凝胶；将所述凝胶进行分步煅烧，得到小粒径单晶正极材料。其中，所述络合剂A为2‑羟基丙酸、天冬氨酸、奎宁酸、琥珀酸或蚁酸中的至少一种；所述络合剂B为抗坏血酸、氨基葡萄糖、酪氨酸或氨基丁酸中的至少一种。本申请还公开了一种小粒径单晶正极材料以及包括所述正极材料的锂离子电池。

技术领域

本申请涉及锂离子电池正极材料技术领域，尤其涉及一种小粒径单晶正极材料及其制备方法与锂离子电池。

背景技术

小粒径单晶正极材料(通常指中位粒径D50小于5μm)具有电化学性能稳定，循环性能优异，比容量高等优点，并且由于其粒度小，使得锂离子从颗粒中脱出/嵌入的路径短，时间少，不仅能够提升材料在高电压下的比容量发挥，还可以有效改善材料的高温循环、胀气、比容量恢复等方面的问题，因此小粒径单晶正极材料的制备研究受到广泛关注。

现有制备单晶正极材料的方法一般先采用控制结晶法将混合的金属盐溶液在络合剂与沉淀剂的作用下沉淀制备小粒径多晶前驱体，然后将正极材料前驱体与锂源混合后煅烧、破碎后获得单晶正极材料。目前该工艺合成的多是粒径尺寸5-12um的颗粒，且煅烧难度大，工艺要求高。

发明内容

为解决上述问题，本申请提供一种操作简单、成本低且粒径可控的小粒径单晶正极材料的制备方法。

本申请的另一目的在于提供一种采用上述制备方法制备得到的小粒径单晶正极材料。

本申请的另一目的在于提供一种包括上述小粒径单晶正极材料的锂离子电池。

本申请提供一种小粒径单晶正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：按照化学计量比取锂源化合物、镍源化合物、钴源化合物和锰源化合物，与络合剂A的水溶液进行混合，反应得到混合溶液；

S2：向所述混合溶液中加入络合剂B的水溶液，反应得到溶胶；

S3：将所述溶胶加热，蒸发浓缩形成凝胶；

S4：将所述凝胶进行分步煅烧，得到小粒径单晶正极材料；

其中，所述小粒径单晶正极材料的化学通式为Li_kNi_xCo_yMn_zO₂，x:y:z＝(0.10～0.85):(0.05～0.40):(0.10～0.35)，0.95≤k≤1.15；所述络合剂A为2-羟基丙酸、天冬氨酸、奎宁酸、琥珀酸或蚁酸中的至少一种；所述络合剂B为抗坏血酸、氨基葡萄糖、酪氨酸或氨基丁酸中的至少一种。

本申请还提供一种采用上述制备方法制备得到的小粒径单晶正极材料，所述小粒径单晶正极材料的粒径D50为1.5μm～5μm。

另外，本申请还提供一种包括上述小粒径单晶正极材料的锂离子电池。

与现有技术相比，本申请中提供的小粒径单晶正极材料的制备方法的优势为：

(1)本申请中采用两种络合剂组合使用，且分步反应，两种络合剂协同作用，相互促进了交联效率，使得制备得到的小粒度单晶正极材料具有较高的结晶度，较高的机械强度以及良好的单晶形态。

(2)本申请制备的小粒径单晶正极材料具有高度平整光滑的单晶颗粒特性，粒径D50为1.5μm～5μm，组装成锂离子电池后颗粒表面与电解液的接触面减小，相应的正极材料与电解液的副反应明显减少，有效降低由于副反应产生的放热、放气现象，使电池具有更好的高温安全性能、高温倍率性能和充放电压平台。

附图说明