一种单晶高镍正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种单晶高镍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：（1）将前驱体、锂源及纳米氧化物混合，在含氧气氛下经一次烧结处理，得到一烧材料；（2）将步骤（1）得到的一烧材料与钛源和钴源混合，在含氧气氛下经二次烧结处理，得到所述单晶高镍正极材料，本发明专利技术采用Ti/Co共包覆法，可以大幅度降低制得单晶高镍正极材料的残碱量，同时容量及倍率性能也保持在较高水平，从而减少了工艺流程，降低了成本。

【技术实现步骤摘要】
一种单晶高镍正极材料及其制备方法和应用
本专利技术属于锂离子电池领域，涉及一种单晶高镍正极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
在合成高镍三元镍钴锰酸锂（NCM）正极材料或者镍钴铝酸锂（NCA）正极材料时，材料表面残余碱含量较高，容易吸水，一方面，对于正极材料后续的涂覆造成困难，同时在耐碱性方面对电解液提出了更高的要求，高碱度会导致电池在循环过程中胀气，进而影响电池的循环性能；另一方面在充电状态下，因正极材料颗粒表面上存在Ni4+，Ni4+活性较高，易与电解液发生副反应，从而增加了电池的阻抗以及带来不可逆容量的损失。对于上述问题，目前最普遍的解决办法是对正极材料进行水洗、包覆及复杂的结构设计等方式以改善材料的循环性能和倍率性能，但改善效果都不理想。CN112186158A公开了一种正极复合材料，所述正极复合材料包括无钴正极材料及形成在其表面的复合碳包覆层，其所述无钴正极材料的粒径为3~5μm，粒径在该范围内的无钴正极材料更利于复合碳进行包覆。复合碳中选择石墨烯，能够有效提高无钴正极材料的离子电导率，正极复合材料还能有效隔离电解液，减少副反应的发生，提高了材料的首次充放电容量。但是其所述材料表面残碱量过高，涂覆效果较差。CN109768254A公开了一种改性的低残碱型高镍三元正极材料及其制备方法与应用，所述改性的低残碱型高镍三元正极材料是将高镍三元正极材料及磷酸氢盐均匀分散于溶剂，然后对所得混合溶液进行烘干，再对烘干所得产物进行烧结，以使高镍三元正极材料表面的残碱与磷酸氢盐反应生成磷酸盐而得到的。其所述改性的低残碱型高镍三元正极材料的残碱量和pH值的显著降低，不仅能够防止残碱与电解液直接接触而发生副反应，而且还能使得该改性的低残碱型高镍三元正极材料与电解液的反应界面之间具有较高的离子导电性，从而减少阻抗，但是其所述正极材料制得电池的容量较低，电池性能较差。上述方案存在有残碱量较高或电池容量降低的问题，因此，开发一种残碱量低且保持电池容量的单晶高镍正极材料是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种单晶高镍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：（1）将前驱体、锂源及纳米氧化物混合，在含氧气氛下经一次烧结处理，得到一烧材料；（2）将步骤（1）得到的一烧材料与钛源和钴源混合，在含氧气氛下经二次烧结处理，得到所述单晶高镍正极材料，本专利技术采用Ti/Co共包覆法，可以大幅度降低制得单晶高镍正极材料的残碱量，同时容量及倍率性能也保持在较高水平，从而减少了工艺流程，降低了成本。为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种单晶高镍正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：（1）将前驱体、锂源及纳米氧化物混合，在含氧气氛下经一次烧结处理，得到一烧材料；（2）将步骤（1）得到的一烧材料与钛源和钴源混合，在含氧气氛下经二次烧结处理，得到所述单晶高镍正极材料。本专利技术采用纳米氧化物与前驱体和锂源掺杂，可以降低锂镍混排，稳定晶体结构，提高电极材料的导电性进而提高电池的安全性及长周期的循环稳定性，本专利技术采用Ti/Co共包覆法，可以大幅度降低制得单晶高镍正极材料的残碱量，同时容量及倍率性能也保持在较高水平，从而减少了工艺流程，降低了成本。优选地，步骤（1）所述前驱体包括NixCoyMnz(OH)2，x≥0.8，例如：0.8、0.82、0.85或0.88等，0.2≥y≥0，例如：0、0.05、0.1、0.15或0.2等，0.2≥z≥0，例如：0、0.05、0.1、0.15或0.2等，x+y+z=1。优选地，步骤（1）所述锂源包括氢氧化锂和/或碳酸锂。优选地，步骤（1）所述纳米氧化物包括氧化锆、氧化钛、氧化钨、氧化钼、氧化铝或氧化钇中的任意一种或至少两种的组合。步骤（1）所述锂源中锂和前驱体中镍、钴、锰金属摩尔总量比为1:(1~1.1)，例如：1:1、1:1.02、1:1.05、1:1.08或1:1.1。优选地，所述纳米氧化物占成品单晶高镍正极材料的质量百分比为0.05%~0.3%，例如：0.05%、0.08%、0.1%、0.2%或0.3%等。优选地，步骤（1）所述混合的速度为500~3000rpm，例如：500rpm、800rpm、1000rpm、2000rpm或3000rpm等。优选地，步骤（1）所述混合的时间为10~30min，例如：10min、12min、15min、20min、25min或30min等。优选地，步骤（1）所述氧气的流速为5~20L/min，例如：5L/min、10L/min、12L/min、15L/min或20L/min等。优选地，步骤（1）所述一次烧结处理的温度为800~950℃，例如：800℃、850℃、900℃或950℃等。优选地，步骤（1）所述一次烧结处理的升温速度为2-5℃/min，例如：2℃/min、3℃/min、4℃/min或5℃/min等。优选地，步骤（1）所述一次烧结处理的时间为5~15h，例如：5h、8h、10h、12h或15h等。优选地，步骤（1）所述一次烧结处理之后对所述一烧材料进行破碎、粉碎及过筛。优选地，所述过筛的孔径为300~400目，例如：300目、320目、350目、380目或400目等。优选地，步骤（2）所述钛源包括氧化钛、氢氧化钛或硫酸钛中的任意一种或至少两种的组合。优选地，步骤（2）所述钴源包括四氧化三钴、氯化钴、乙酸钴、硝酸钴、氢氧化钴或硫酸钴中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述一烧材料、钛源和钴源的质量比为1:(0.001~0.006):(0.001~0.015)，例如：1:0.001:0.001、1:0.003:0.002、1:0.005:0.01、1:0.005:0.012或1:0.006:0.015等。优选地，步骤（2）所述混合的速度为800~2000rpm，例如：800rpm、1000rpm、1200rpm、1500rpm或2000rpm等。优选地，步骤（2）所述混合的时间10~30min，例如：10min、12min、15min、20min、25min或30min等。优选地，步骤（2）所述氧气的流速为5~20L/min，例如：5L/min、10L/min、12L/min、15L/min或20L/min等。优选地，步骤（2）所述二次烧结处理的温度为500~850℃，例如：500℃、650℃、700℃或950℃等。优选地，步骤（2）所述二次烧结处理的升温速度为2-5℃/min，例如：2℃/min、3℃/min、4℃/min或5℃/min等。优选地，步骤（2）所述二次烧结处理的时间为4~20h，例如：4h、8h、10h、15h或20h等。优选地，步骤（2）所述二次烧结处理之后对单晶高镍正极材料进行破碎及过筛。优选地，所述过筛的孔径为300~400目，例如：300目、320目、350目本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单晶高镍正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：/n（1）将前驱体、锂源及纳米氧化物混合，在含氧气氛下经一次烧结处理，得到一烧材料；/n（2）将步骤（1）得到的一烧材料与钛源和钴源混合，在含氧气氛下经二次烧结处理，得到所述单晶高镍正极材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种单晶高镍正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
（1）将前驱体、锂源及纳米氧化物混合，在含氧气氛下经一次烧结处理，得到一烧材料；
（2）将步骤（1）得到的一烧材料与钛源和钴源混合，在含氧气氛下经二次烧结处理，得到所述单晶高镍正极材料。


2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述前驱体包括NixCoyMnz(OH)2，x≥0.8，0.2≥y≥0，0.2≥z≥0，x+y+z=1。


3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述纳米氧化物包括氧化锆、氧化钛、氧化钨、氧化钼、氧化铝或氧化钇中的任意一种或至少两种的组合。


4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在，所述纳米氧化物占成品单晶高镍正极材料的质量百分比为0.05%~0.3%。


5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在，步骤（1）所述一次烧结处理的温度为800...

【专利技术属性】
技术研发人员：马加力，张树涛，李子郯，王壮，王亚州，白艳，潘海龙，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32