一种三元单晶材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，公开了一种三元单晶材料的制备方法。该方法包括：(1)将三元523单晶前驱体、锂源、氧化锆和D50为1

【技术实现步骤摘要】
一种三元单晶材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种三元单晶材料的制备方法。

技术介绍

[0002]我国锂、钴资源稀缺，其中70％以上的锂和90％以上的钴均需要进口。因此，如何充分利用三元材料制程过程中的不合格物料，发挥其最大性能并得到电化学性能较优的正极材料是当前亟需待开发的研究方向之一。
[0003]专利申请CN201811075697.3公开了一种大粒度四氧化三钴的制备方法，该方法以一定浓度的钴溶液为钴源，氢氧化钠溶液为沉淀剂，氨水溶液为络合剂，水合肼溶液为还原剂，合成开始时，将一定量的氢氧化钴闪蒸干燥收尘料和水合肼溶液加入反应釜中，在强力搅拌下使收尘料转变为氢氧化钴晶种，然后通过一定的工艺条件，湿法合成出粒度为16～18μm的四氧化三钴前驱体产品。该方法通过加入氢氧化钴闪蒸干燥收尘料和水合肼溶液，水合肼作为还原剂，将氢氧化钴表面被氧化的物质还原，使其重新具备活性作为晶种，节省制备晶种的时间。
[0004]专利申请CN201811076694.1公开了一种小粒度四氧化三钴的制备方法。该方法以一定浓度的钴溶液为钴源，氢氧化钠溶液为沉淀剂，氨水溶液为络合剂，双氧水溶液为氧化剂，合成开始前，将一定量的氢氧化钴闪蒸干燥收尘料加入反应釜中，然后在反应釜中进行合成反应，氢氧化钴闪蒸干燥收尘料阻止了合成产物的长大，进而控制产品粒度，合成反应结束后，向反应釜中加入一定量的导电炭黑，陈化一段时间后，将物料过滤、洗涤、干燥，得到小粒度四氧化三钴前驱体产品，煅烧得到小粒度四氧化三钴产品。
[0005]上述专利申请均是在进行合成反应时，加入闪蒸干燥收尘料，通过湿法合成的方法，调节反应条件，得到不同粒度的前驱体，进而煅烧得到不同粒度的产品。诸如此类的晶种引入方法，在湿法合成前驱体的生产过程中较常见，也得到了较多应用。但是，在三元材料的生产过程中，直接干法合成进行固相烧结的过程中，通过引入晶种的方法，缩短三元材料的生产周期并得到电化学性能优良的材料的报道却很少见。
[0006]专利申请CN202011191544虽然公开了一种废旧三元多晶材料重构三元单晶材料方法。具体的，该方法将废旧三元多晶材料与有机混合溶剂混合制成浆料，超声处理后去除部分溶剂，获得废旧三元多晶材料泥浆；将废旧三元多晶材料泥浆置于滚筒混料机中进行混料，将锰酸锂晶种浆料雾化并喷雾至所述滚筒混料机，获得待修复材料；将待修复材料在空气气氛下进行多段式焙烧获得三元单晶材料。然而上述方法仍然具有许多缺点，具体的，使用二甲基乙酰胺混合乙醇、石油醚、苯甲醚等的混合有机溶剂，二甲基乙酰胺为低毒类物质，有毒有害，且污染环境；采用湿法混料、雾化喷雾方法，工艺流程较干法混料复杂；加入锰酸锂晶种对三元材料进行修复，锰酸锂材料结构不稳定、高温性能差、循环性能差、衰减快、电化学稳定性差，烧结过程中加入锰酸锂作晶种，会降低三元材料的电化学性能。
[0007]专利申请CN201910729397虽然公开了一种微米级单晶一次颗粒三元正极材料的制备工艺，该工艺将镍盐、钴盐和锰盐溶液按照x:y:z比例混合，加入络合剂氨水，加入沉淀
剂氢氧化钠，混合温度为50
‑
90℃，pH为11
‑
13，混合后得到共沉淀物，将共沉淀物采用离心机进行固液分离，得到前驱体A；将前驱体A加锂盐，在高混机中混匀，经过热处理，得到0.1
‑
1μm的晶种小单晶颗粒B；将晶种小单晶颗粒B加入到前驱体A中，小单晶颗粒B和前驱体A的混合重量比为1:25
‑
1:10，同时与锂盐混合，进行固相反应，得到4μm以上单晶颗粒。然而上述工艺仍然具有许多缺点，具体的，在三元材料的制备过程中，需要预先制备得到晶种小单晶颗粒，且制备小单晶颗粒晶种的保温时间至少需要24h，烧结周期太长，工序增加、能耗增大；制备得到的单晶颗粒较大，一次颗粒尺寸4μm以上，单晶颗粒尺寸越大，其阻抗越大，会导致材料的锂离子扩散系数越小，不利于材料容量的发挥。
[0008]因此，找到一种可以取代小单晶颗粒晶种的物质，并且不影响材料的电化学性能，将其引入到三元材料的制备过程中，是目前三元材料制备方法研究的重要方向之一。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的三元材料电化学性能差，制备工艺复杂、烧结周期长、材料单晶形态差，以及三元材料收尘料无法资源化利用等问题，提供一种三元单晶材料的制备方法。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术提供一种三元单晶材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0011](1)将三元523单晶前驱体、锂源、氧化锆和D50为1
‑
3μm的三元材料粉碎收尘料进行混合，得到混合料；
[0012](2)将步骤(1)得到的混合料进行烧结，得到三元单晶材料；
[0013]其中，在步骤(1)中，锂源中的锂元素的物质的量与所述三元523单晶前驱体中镍钴锰三种元素总物质的量的比为(1
‑
1.06):1；所述混合料中含有5
‑
15重量％的三元材料粉碎收尘料和0.15
‑
0.25重量％的锆元素。
[0014]优选地，在步骤(1)中，所述锂源为碳酸锂。
[0015]优选地，在步骤(1)中，所述三元材料粉碎收尘料为三元多晶材料粉碎收尘料和/或三元单晶材料粉碎收尘料。
[0016]优选地，所述三元多晶材料粉碎收尘料的制备过程为：通过机械磨将三元多晶材料进行粉碎处理，分级频率为10
‑
30Hz；
[0017]优选地，制备所述三元多晶材料的前驱体的Dmin＜1μm。
[0018]优选地，所述三元单晶材料粉碎收尘料的制备过程为：通过气流磨将三元单晶材料进行粉碎处理，分级频率为20
‑
40Hz。
[0019]优选地，在步骤(2)中，所述烧结的气氛为空气。
[0020]优选地，在步骤(2)中，所述烧结在马弗炉中进行。
[0021]优选地，在步骤(2)中，所述烧结的具体过程为：以1
‑
5℃/min升温速率升到600
‑
800℃煅烧2
‑
4h，继续以1
‑
4℃/min升温速率升到920
‑
950℃煅烧6
‑
8h。
[0022]优选地，所述步骤(2)还包括将烧结得到的物料进行实验室微型气流磨粉碎。
[0023]优选地，所述气流磨粉碎的分级频率为90
‑
110Hz。
[0024]在本专利技术中，将三元材料收尘料作为晶种，引入到三元单晶材料的制备过程中，可以实现收尘料的回收再生，达到绿色循环生产，增大产能、提高收率；晶种的引入，不仅可以
在固相烧结过程中缩短烧结周期、提高生产效率，还可以得到电化学性能好的三元单晶材料。本专利技术所述的方法，制备工艺简单、易于操作，使用颗粒较小的收尘料，制备得到颗粒圆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三元单晶材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将三元523单晶前驱体、锂源、氧化锆和D50为1
‑
3μm的三元材料粉碎收尘料进行混合，得到混合料；(2)将步骤(1)得到的混合料进行烧结，得到三元单晶材料；其中，在步骤(1)中，锂源中的锂元素的物质的量与所述三元523单晶前驱体中镍钴锰三种元素总物质的量的比为(1
‑
1.06):1；所述混合料中含有5
‑
15重量％的三元材料粉碎收尘料和0.15
‑
0.25重量％的锆元素。2.根据权利要求1所述的三元单晶材料的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述锂源为碳酸锂。3.根据权利要求1所述的三元单晶材料的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述三元材料粉碎收尘料为三元多晶材料粉碎收尘料和/或三元单晶材料粉碎收尘料。4.根据权利要求3所述的三元单晶材料的制备方法，其特征在于，所述三元多晶材料粉碎收尘料的制备过程为：通过机械磨将三元多晶材料进行粉碎处理，分级频率为10
‑
30Hz；优选地，制备所述三元多晶材料的前驱体的Dmin＜1μm。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：何雅，梅京，姚远，徐成，孙杰，
申请(专利权)人：湖北融通高科先进材料有限公司，
类型：发明
国别省市：