一种高电压单晶镍钴锰三元正极材料及制备方法技术

本发明专利技术适用于锂离子电池正极材料技术领域，提供一种高电压单晶镍钴锰三元正极材料及制备方法，在制备过程中，将氧化铝掺杂PEO均匀分散在预锂化颗粒表面，由于氧化铝掺杂PEO具有较高的结晶度，在烧结过程中能够阻碍锂离子向外扩散，使锂离子尽可能向颗粒内部扩散，减少高温下颗粒团聚粘连，有利于单晶颗粒形貌的形成，在一定程度上可以降低单晶制备的配比和温度，有利于降低生产成本，此外氧化铝掺杂PEO受热分解后残余部分氧化铝可以进入颗粒，与二烧包覆氧化铝层协同保护正极颗粒，可满足高电压使用需求，本方法制备过程简单，得到的正极材料粒经大、均匀度好，在高电压下也能够获得高容量和长循环特性。

A high voltage single crystal nickel cobalt manganese ternary anode material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种高电压单晶镍钴锰三元正极材料及制备方法
本专利技术属于锂离子电池正极材料
，尤其涉及一种高电压单晶镍钴锰三元正极材料及制备方法。
技术介绍
现在的三元发展方向主要有两条路线，一是高镍，二是高电压。镍过高安全性得不到保障，所以很多研发人员选择高电压方向，镍控制在一定范围时提高点电压可得到高容量高安全的三元产品产品，高电压下使用二次球颗粒容易造成结构坍塌，性能不稳定，所以只有把三元材料做成单晶形貌才能在高电压下发挥好的性能。现有的单晶镍钴锰酸锂正极材料的制备方法主要通过高配比、高温度、大量助溶性元素掺杂和借助后续的气流粉碎才能获得分散的单晶程度较高的正极材料，此类方法具有制备条件苛刻且产品品质不稳定，产能低下等缺点。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种高电压单晶镍钴锰三元正极材料及制备方法，旨在解决目前单晶镍钴锰酸锂正极材料制备困难、品质不稳定和产量低等技术问题。一方面，一种高电压单晶镍钴锰三元正极材料的制备方法，所述方法包括：步骤S1：按一定比例称取镍钴锰前驱体、锂源和掺杂剂，充分混合均匀后放入箱式炉中恒温预烧一段时间，待预烧结束后，经冷却、粉碎、过筛，得到预锂化颗粒；步骤S2：称取一定量的氧化铝掺杂PEO粉末，用纯水配置成一定浓度的水溶液，按一定的水料比称取步骤S1中所得到的预锂化颗粒，缓慢将预锂化颗粒加入到所述水溶液中，边加入边搅拌，充分搅拌均匀后，得到含水物料；步骤S3：将步骤S2中所得的含水物料烘干，然后将烘干后的物料放入氧气气氛炉中煅烧一段时间，待反应结束后，经冷却、粉碎、过筛，得到单晶形貌的NCM一烧品；步骤S4：称取一定量步骤S3中所得的NCM一烧品，加入一定比例的氧化铝粉末，充分混合均匀，将得到的混合料装入到匣钵中在一定温度下焙烧一段时间，即得到高电压单晶镍钴锰三元正极材料粉体。具体的，步骤S1中，所述镍钴锰前驱体的粒径为3μm，所述锂源中锂与镍钴锰前驱体中金属摩尔和的比值为(1.02-1.06)：1，所述掺杂剂为碳酸锶和氧化锆，且锶和锆的添加量为镍钴锰前驱体质量的0.05-0.2％，箱式炉内的温度为460℃，预烧时间为2h。具体的，步骤S2中，所述水溶液的质量浓度为0.5-2％，所述水料比为水溶液与预锂化颗粒的质量比，且其比值为1:4-1:6。具体的，步骤S3中，采用真空干燥箱烘干，烘干温度为150℃，氧气气氛炉焙烧的程序分两步进行：第一步升温至400-600℃，保温4-6小时；第二步继续缓慢升温至900-1050℃，保温时间为8-12小时。具体的，步骤S4中，所述氧化铝粉末的添加量为NCM一烧品添加量的0.09-0.2wt％，焙烧温度为500-700℃，焙烧时间为5h。另一方面，一种高电压单晶镍钴锰三元正极材料，所述高电压单晶镍钴锰三元正极材料采用上述制备方法制备得到，其内层为掺杂的镍钴锰正极材料基体，外层为氧化铝包覆层。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供一种高电压单晶镍钴锰三元正极材料及制备方法，在制备过程中，将氧化铝掺杂PEO均匀分散在预锂化颗粒表面，由于氧化铝掺杂PEO具有较高的结晶度，在烧结过程中能够阻碍锂离子向外扩散，使锂离子尽可能向颗粒内部扩散，减少高温下颗粒团聚粘连，有利于单晶颗粒形貌的形成，在一定程度上可以降低单晶制备的配比和温度，有利于降低生产成本，此外氧化铝掺杂PEO受热分解后残余部分氧化铝可以进入颗粒，形成铝掺杂，同时与二烧包覆氧化铝层协同保护正极颗粒，可满足高电压使用需求，本方法制备过程简单，得到的正极材料粒经大、均匀度好，在高电压下也能够获得高容量和长循环特性。附图说明图1是本专利技术实施例一材料的SEM图；图2是本专利技术对比例一材料的SEM图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本实施例中，所述高电压单晶镍钴锰三元正极材料的制备方法，包括下述步骤：步骤S1：按一定比例称取镍钴锰前驱体、锂源和掺杂剂，充分混合均匀后放入箱式炉中恒温预烧一段时间，待预烧结束后，经冷却、粉碎、过筛，得到预锂化颗粒。本步骤中，所述镍钴锰前驱体的粒径为3μm，所述锂源中锂与镍钴锰前驱体中金属摩尔和的比值为(1.02-1.06)：1，所述掺杂剂为碳酸锶和氧化锆，且锶和锆的添加量为镍钴锰前驱体质量的0.05-0.2％，箱式炉内的温度为460℃，预烧时间为2h，低温预烧的目的在于使氢氧化锂充分熔解。步骤S2：称取一定量的氧化铝掺杂PEO粉末，用纯水配置成一定浓度的水溶液，按一定的水料比称取步骤S1中所得到的预锂化颗粒，缓慢将预锂化颗粒加入到所述水溶液中，边加入边搅拌，充分搅拌均匀后，得到含水物料。本步骤中，所述水溶液的质量浓度为0.5-2％，所述水料比为水溶液与预锂化颗粒的质量比，且其比值为1:4-1:6，采用水溶液分散能够保证氧化铝掺杂PEO均匀覆盖在预锂化颗粒的表面，对于后面在灼烧过程中晶体形成均匀一致的微观形貌非常重要。步骤S3：将步骤S2中所得的含水物料放入真空干燥箱中烘干，然后将烘干后的物料放入氧气气氛炉中煅烧一段时间，待反应结束后，经冷却、粉碎、过筛，得到单晶形貌的NCM一烧品。本步骤中，真空干燥箱内的温度为150℃，氧气气氛炉焙烧的程序分两步进行：第一步升温至400-600℃，保温4-6小时；第二步继续缓慢升温至900-1050℃，保温时间为8-12小时，粉碎过筛的目的在于控制NCM一烧品颗粒的粒度。步骤S4：称取一定量步骤S3中所得的NCM一烧品，加入一定比例的氧化铝粉末，充分混合均匀，将得到的混合料装入到匣钵中在一定温度下焙烧一段时间，即得到高电压单晶镍钴锰三元正极材料粉体。本步骤中，所述氧化铝粉末的添加量为NCM一烧品添加量的0.09-0.2wt％，焙烧温度为500-700℃，焙烧时间为5h。为了说明本专利技术所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。实施例一：1、按照Li/Me＝1.04准确称取3μm大小的镍钴锰前驱体和氢氧化锂，然后向其中加入掺杂剂碳酸锶和氧化锆，其中锶和锆的添加量为镍钴锰前驱体质量的0.1％，充分混合均匀后，放入460℃的箱式炉内预烧2h，经冷却、粉碎、过筛，得到预锂化颗粒。2、称取2g氧化铝掺杂PEO粉末，向其中加入200ml的纯水，搅拌均匀，使氧化铝掺杂PEO粉末彻底溶解，按照水料比1:5称取1000克预锂化颗粒，缓慢将预锂化颗粒加入到氧化铝掺杂PEO水溶液中，边加入边搅拌，搅拌时间为15-20min，得到含水物料。3、将含水物料放入真空干燥箱中在150℃下烘干，然后将烘干后的物料放入氧气气氛炉中，先升温至500℃，保温5h，然后升温至930℃，保温10h，冷却至室温后，经气流粉碎、250目筛网过筛获得分散的单晶形貌NCM一烧品，其中气体压力控制在0.4-0.7MPa。4、称取200gNCM一烧品，向其中加入0.35g氧化铝粉末，充分混合均匀，将得到的混合料装入到匣钵中，在600℃下保温5h，得到高电压单晶镍钴锰三元正极材料粉体。实施例一材料的扫描电镜图如图1所示，由图中可见，本实施例制备的材料粒径在3μm左右，且颗粒的分散性比较好。对比例一：1、按照Li/Me＝1.04准确称本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高电压单晶镍钴锰三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：按一定比例称取镍钴锰前驱体、锂源和掺杂剂，充分混合均匀后放入箱式炉中恒温预烧一段时间，待预烧结束后，经冷却、粉碎、过筛，得到预锂化颗粒；步骤S2：称取一定量的氧化铝掺杂PEO粉末，用纯水配置成一定浓度的水溶液，按一定的水料比称取步骤S1中所得到的预锂化颗粒，缓慢将预锂化颗粒加入到所述水溶液中，边加入边搅拌，充分搅拌均匀后，得到含水物料；步骤S3：将步骤S2中所得的含水物料烘干，然后将烘干后的物料放入氧气气氛炉中焙烧一段时间，待反应结束后，经冷却、粉碎、过筛，得到单晶形貌的NCM一烧品；步骤S4：称取一定量步骤S3中所得的NCM一烧品，加入一定比例的氧化铝粉末，充分混合均匀，将得到的混合料装入到匣钵中在一定温度下焙烧一段时间，即得到高电压单晶镍钴锰三元正极材料粉体。

【技术特征摘要】
1.一种高电压单晶镍钴锰三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：按一定比例称取镍钴锰前驱体、锂源和掺杂剂，充分混合均匀后放入箱式炉中恒温预烧一段时间，待预烧结束后，经冷却、粉碎、过筛，得到预锂化颗粒；步骤S2：称取一定量的氧化铝掺杂PEO粉末，用纯水配置成一定浓度的水溶液，按一定的水料比称取步骤S1中所得到的预锂化颗粒，缓慢将预锂化颗粒加入到所述水溶液中，边加入边搅拌，充分搅拌均匀后，得到含水物料；步骤S3：将步骤S2中所得的含水物料烘干，然后将烘干后的物料放入氧气气氛炉中焙烧一段时间，待反应结束后，经冷却、粉碎、过筛，得到单晶形貌的NCM一烧品；步骤S4：称取一定量步骤S3中所得的NCM一烧品，加入一定比例的氧化铝粉末，充分混合均匀，将得到的混合料装入到匣钵中在一定温度下焙烧一段时间，即得到高电压单晶镍钴锰三元正极材料粉体。2.如权利要求1所述高电压单晶镍钴锰三元正极材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述镍钴锰前驱体的粒径为3μm，所述锂源中锂与镍钴锰前驱体中金属摩尔和的比值Li/Me＝(1.02-1.06)：1，所述掺杂剂为碳酸锶和氧化锆，且锶和锆的添...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋振康，栗志涛，徐世国，靳亚珲，
申请(专利权)人：荆门市格林美新材料有限公司，格林美无锡能源材料有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42