本发明专利技术涉及一种类单晶锂电池三元正极材料及其制备方法，所述正极材料的化学式为：LiNi1-x-y-zCoxMnyMzO2，其中0＜x≤0.65，0＜y≤0.3，0≤z≤0.05，M为Mg、Ca、Ti、Zn、Cr、Fe、Zr、Co、Cu、Ru中的一种或多种；本发明专利技术的正极材料的制备方法包括以下步骤：1)前驱体的合成；2)混料：混料过程中加入助熔剂；3)烧结等。本发明专利技术利用添加助熔剂的方法降低材料的熔点，使前驱体和锂盐处在一个熔融的环境中，加速金属离子的扩散，使晶粒在较低的温度下开始生长发育，晶粒的生长到一定程度后打破前驱体团聚体的限制，分散成单晶颗粒，最终生长成具有单晶形貌的正极材料，减少了目前单晶材料合成过程中的烧结次数和烧结时间，从而降低了生产成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种类单晶锂电池三元正极材料及其制备方法，属于锂离子电池领域。
技术介绍
锂离子电池具有电压高、比能量高、充放电寿命长、无记忆效应、对环境污染小、自放电率低等优点，其应用范围正在不断扩大。锂离子电池正极材料是锂离子电池的核心材料之一，其占整的电池成本的30％左右，直接影响电池的成本。另外，正极材料的发展要滞后于负极材料的发展，正极材料成为限制电池容量的关键材料。因此，安全、价廉、高性能和高容量的正极材料一直是锂离子电池行业发展的重点之一。目前已经产业化的正极材料主要有LiCoO2，LiFePO4，Li2MnO4和三元正极材料。其中LiCoO2仍是目前用量最多的正极材料。但由于LiCoO2的成本较高，电池生产商正在积极寻找新的替代材料。近年来，三元正极材料发展迅速，抢占了部分LiCoO2市场。三元正极材料中，最具代表性有LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2，LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2，其结构与和LiCoO2一样，具有α-NaFeO2型层状结构，属于三方晶系，空间群。因为其具有三种过渡金属离子，因此材料存在明显的三元协同作用：Co元素能够稳定材料的层状结构并抑制阳离子混排，提高正极材料的导电性能和循环稳定性；Ni元素是主要的活性物质，
能够提供更高的可逆容量；Mn元素可以有效提高材料的安全性，降低成本。由于材料具有较高的容量、良好的安全性，价格相对较低被认为是最有希望取代LiCoO2的材料。三元正极材料也存在一些缺点，如材料的循环性能较高电压LiCoO2差，高电压下容量衰减较快，因此需要对材料进行掺杂改性或表面包覆改性，其中表面包覆改性是改善材料循环性能的有效途径之一。目前市场上的三元正极材料的形貌大多为由许多一次颗粒团聚成的二次球形形貌，若在此种形貌材料的基础上进行表面包覆，在极片滚压时容易造成二次球破裂，新的材料界面裸露，从而达不到预期的包覆效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述存在的问题，提供一种类单晶锂电池三元正极材料及其制备方法。本专利技术的一种类单晶锂电池三元正极材料，所述正极材料的化学式为：LiNi1-x-y-zCoxMnyMzO2，其中0＜x≤0.65，0＜y≤0.3，0≤z≤0.05，M为Mg、Ca、Ti、Zn、Cr、Fe、Zr、Co、Cu、Ru中的一种或多种。本专利技术的一种类单晶锂电池三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：1)前驱体的合成：将可溶性镍盐、钴盐和锰盐和M盐按照Ni:Co:Mn:M＝(1-x-y-z):x:y:z(0＜x≤0.65，0＜y≤0.3，0≤z≤0.05)的摩尔比配成混合溶液A，混合溶液的浓度为0.1～3mol/L，配置NaOH的浓度为0.4～10mol/L的溶液B，氨水的浓度为2～10mol/L的溶液C，
在反应容器中加入纯水，用NaOH溶液和氨水调节溶液的pH至合适的范围，将A、B、C三种溶液同时加入到反应容器中，反应温度保持在50～80℃，pH保持在9.5～12，搅拌速度200-800r/min，反应的整个过程通惰性气体保护，反应结束后将得到的沉淀过滤、洗涤，在80-200℃下干燥4-8h，得到前驱体；2)混料：将锂盐和步骤1)得到的Ni1-x-y-zCoxMnyMz(OH)2按照摩尔比Li:X＝1.0～1.2(X＝Ni1-x-y-zCoxMnyMz(OH)2)的比例进行混合，混合过程中同时加入助熔剂，加入助熔剂的质量为锂盐和前驱体总质量的0.05～20％；3)烧结：将步骤2)中混合均匀的材料在马弗炉中煅烧，煅烧温度980～1100℃，煅烧时间为8h～30h，气氛为空气或氧气，材料随炉冷却，粉碎后过300目筛，即得正极材料。其中，将过筛得到的材料在容器中用去离子水搅拌洗涤，保证固含量为20％～50％，洗涤时间小于30min，洗涤后材料在80-200℃干燥8h～12h，再在马弗炉中500～800℃煅烧5～12h，随炉冷却，过300目筛，得到类单晶三元正极材料。其中，步骤1)得到的前驱体粒径D50≤8μm。其中，所述助溶剂为B2O3、BaCl2、BiO3、CaCl2、KF、LiCl、Na2B4O7、Li2B4O7、LiBO2、Na2BO3、NaCl、KCl中的一种或多种。其中，M盐在烧结过程中以氧化物、氢氧化物的形式掺入。其中，所述镍盐为硫酸镍、硝酸镍、乙酸镍、氯化镍中的一种或多种；所述钴盐为硫酸钴、硝酸钴、乙酸钴、氯化钴中的一种或多种；
所述锰盐为硫酸锰、硝酸锰、乙酸锰、氯化锰中的一种或多种。其中，所述锂盐为氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂、硝酸锂中的一种或多种。其中，所述M盐为硫酸盐、硝酸盐、醋酸盐、氯化物中的一种或多种。本专利技术利用添加助熔剂的方法降低材料的熔点，使前驱体和锂盐处在一个熔融的环境中，加速金属离子的扩散，使晶粒在较低的温度下开始生长发育，晶粒的生长到一定程度后打破前驱体团聚体的限制，分散成单晶颗粒，最终生长成具有单晶形貌的正极材料，减少了目前单晶材料合成过程中的烧结次数和烧结时间，从而降低了生产成本。本专利技术的一种单晶形貌的三元正极材料的合成方法，以单晶形貌的正极材料为体相材料进行包覆，与球形形貌的材料包覆相比，可以防止极板在滚压时由于二次球破裂造成包覆层脱落的现象，使包覆层充分地发挥作用，阻止电解液对材料的侵蚀，实现改善材料的性能的目的。附图说明图1为实施例1、2、5、6中制备的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的XRD图谱；图2为实施例1、2、5、6中制备的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的SEM照片；图3为实施例1、2、5、6中制备的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的首次充放电曲图。具体实施方式以下通过实施例对本专利技术的详细过程做进一步说明，提供这些实施例仅为了说明本专利技术，不应当将其理解为限制本专利技术的范围和主旨。实施例1将硫酸镍、硫酸钴和硫酸锰配成混合溶液按照Ni：Co：Mn摩尔比为0.5:0.2:0.3混合均匀，Ni、Co、Mn三种过渡金属离子的总摩尔数为2mol/L，然后将4mol/L的NaOH溶液和过渡金属离子溶液和4mol/L的氨水同时加入到反应容器中，控制反应体系的pH值为11.5，反应温度为60℃，控制反应时间使得生成的Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2的粒径D50为3.5μm，粒径分布符合正态分布。然后将得到的沉淀过滤、洗涤后，在120℃下干燥12小时。将碳酸锂和Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2按照Li/X＝1.12(X＝Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2)的比例进行混合，同时加入碳酸锂和Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2总质量1％的KCl。混合均匀后，在马弗炉中1020℃煅烧12h，气氛为3L/min的氧气，材料随炉冷却，粉碎后过300目筛。将过筛后的材料加入到容器中，同时加入去离子水，保证固含量为50％，在30℃的温度下搅拌15min。抽滤得到滤饼，滤饼放入烘箱里120℃干燥10h后放入马弗炉中500℃煅烧12h，材料随炉冷却后粉碎过300目筛，最终得到类单晶正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2。材料的XRD图和SEM如图1、图2所示。结果表明所得正本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种类单晶锂电池三元正极材料，其特征在于：所述正极材料的化学式为：LiNi1‑x‑y‑zCoxMnyMzO2，其中0＜x≤0.65，0＜y≤0.3，0≤z≤0.05，M为Mg、Ca、Ti、Zn、Cr、Fe、Zr、Co、Cu、Ru中的一种或多种。
【技术特征摘要】
1.一种类单晶锂电池三元正极材料，其特征在于：所述正极材料的化学式为：LiNi1-x-y-zCoxMnyMzO2，其中0＜x≤0.65，0＜y≤0.3，0≤z≤0.05，M为Mg、Ca、Ti、Zn、Cr、Fe、Zr、Co、Cu、Ru中的一种或多种。2.权利要求1所述的一种类单晶锂电池三元正极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)前驱体的合成：将可溶性镍盐、钴盐和锰盐和M盐按照Ni:Co:Mn:M＝(1-x-y-z):x:y:z(0＜x≤0.65，0＜y≤0.3，0≤z≤0.05)的摩尔比配成混合溶液A，混合溶液的浓度为0.1～3mol/L，配置NaOH的浓度为0.4～10mol/L的溶液B，氨水的浓度为2～10mol/L的溶液C，在反应容器中加入纯水，用NaOH溶液和氨水调节溶液的pH至合适的范围，将A、B、C三种溶液同时加入到反应容器中，反应温度保持在50～80℃，pH保持在9.5～12，搅拌速度200-800r/min，反应的整个过程通惰性气体保护，反应结束后将得到的沉淀过滤、洗涤，在80-200℃下干燥4-8h，得到前驱体；2)混料：将锂盐和步骤1)得到的Ni1-x-y-zCoxMnyMz(OH)2按照摩尔比Li:X＝1.0～1.2(X＝Ni1-x-y-zCoxMnyMz(OH)2)的比例进行混合，混合过程中同时加入助熔剂，加入助熔剂的质量为锂盐和前驱体总质量的0.05～20％；3)烧结：将步骤2)中混合均匀的材料在马弗炉中煅烧，煅烧温度980～1100℃，煅烧时间为8h～30h，气氛为空气或氧气，材料随
【专利技术属性】
技术研发人员：吴保明，田新勇，徐云军，尹正中，程迪，李小红，
申请(专利权)人：河南科隆新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41
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