一种超高镍类单晶正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池正极材料制备技术领域，具体涉及一种超高镍类单晶正极材料及其制备方法。本发明专利技术以超高镍正极材料前驱体(镍钴锰铝氢氧化物)为基体原料，通过利用在高转速和高压力的作用力，将前驱体充分打碎，并在此期间加入锂源和碳酸锶，可以在较低温度下促进锂源与前驱体互溶后结晶共生长，减少锂镍混排，最后通过煅烧得到类单晶材料。本发明专利技术提供的类单晶材料大小均匀，颗粒强度高，增强了材料的循环稳定性。避免了超高镍材料中由于镍含量高，高温煅烧会导致生成的类单晶中镍析出严重，导致后期电池容量衰减，以及残余碱含量高等超高镍类单晶材料制备过程中经常遇到的这些技术难题。些技术难题。些技术难题。

【技术实现步骤摘要】
一种超高镍类单晶正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池正极材料制备
，具体涉及一种超高镍类单晶正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池已经成为目前应用最为广泛的电化学动力源，这种电池中最具代表性的就是正极和负极中的锂离子在嵌入与脱嵌时化学电位的变化而产生电能的锂二次电池(LIBs)。而正极材料对LIBs的性能有直接主导的作用，因此许多研究人员致力于实现容量大、充电/放电速度快、循环寿命长的可进行锂离子可逆的嵌入与脱嵌的正极材料。
[0003]目前，超高镍材料被认为是最有希望的候选材料，因为其可以通过增加镍含量来提高锂离子电池的比容量。但是，由此产生的锂离子电池不良循环稳定性可能会阻碍这种方法的成功。目前超高镍材料一般分为两种，一种是单晶，一种是多晶。但是超高镍单晶产品由于镍含量很高，对煅烧温度要求很高，高温又会导致镍析出，且单晶动力学较弱，容量相对较低。而超高镍的二次球多晶由于镍含量高，活性很高，在充放电过程中一次颗粒晶界之间膨胀收缩严重，导致颗粒破裂和电解液接触，副反应增加，产气严重。目前最好的解决办法就是制备超高镍类单晶，类单晶粒度相对较小且颗粒强度高不易破碎，解决了多晶充放电过程颗粒破碎问题，还具有比单晶较强的动力学以及导电性。
[0004]超高镍类单晶的制备极其困难，一方面，镍含量很高容易导致残碱高；另一方面，高温煅烧会导致生成的类单晶中镍析出严重，导致后期电池容量衰减很快。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的超高镍类单晶正极材料制备困难，容易导致参见含量高和镍析出严重等缺陷，从而提供一种超高镍类单晶正极材料及其制备方法。
[0006]为此，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]本专利技术提供一种超高镍类单晶正极材料的制备方法，包括如下步骤，
[0008]将超高镍正极材料前驱体在压力≥0.5MPa、转速≥6000r/min的条件下进行破碎处理，加入锂源和碳酸锶混合均匀；
[0009]将混合后的材料经煅烧，冷却，得所述超高镍类单晶正极材料。
[0010]可选的，所述超高镍正极材料前驱体的组成为，Ni
x
Co
y
Mn
z
Al
(1
‑
x
‑
y
‑
z)
(OH)2，其中，0.9≤x＜1；0＜y＜0.07；0＜z＜0.03。
[0011]可选的，所述破碎处理的转速为8000
‑
12000r/min，压力为0.5
‑
1.5MPa，时间为10
‑
45min。例如，转速可以为9000r/min，10000r/min或11000r/min；压力可以为0.6MPa，0.7MPa，0.8MPa，0.9MPa，1.0MPa，1.1MPa，1.2MPa，1.3MPa，1.4MPa；时间可以为12min，15min，18min，20min，22min，25min，28min，30min，32min，35min，37min，39min。
[0012]可选的，所述煅烧温度为700
‑
800℃，煅烧时间为8
‑
15h。例如，所述煅烧温度可以
为720℃，750℃，760℃，770℃，780℃，790℃；所述煅烧时间可以为9h，10h，11h，12h，13h，14h。
[0013]可选的，混合过程中的搅拌转速为6000
‑
8000r/min，时间为30
‑
60min。例如，所述搅拌转速可以为6200r/min，6500r/min，6800r/min，7000r/min，7200r/min，7500r/min，7700r/min，7900r/min。
[0014]可选的，所述锂源为氢氧化锂，碳酸锂中的至少一种。
[0015]可选的，以元素计，所述锂源中锂元素与超高镍正极材料前驱体中金属元素的摩尔比为(1
‑
1.05)：1；
[0016]可选的，所述碳酸锶中锶元素与超高镍正极材料前驱体中金属元素的摩尔比为(0.001
‑
0.002)：1。
[0017]可选的，所述煅烧在氧气体积浓度95％以上的气氛中进行。
[0018]本专利技术还提供一种上述制备方法制备得到的超高镍类单晶正极材料。
[0019]本专利技术还提供一种锂离子电池，包括上述超高镍类单晶正极材料。
[0020]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0021]本专利技术提供的超高镍类单晶正极材料的制备方法，包括如下步骤，将超高镍正极材料前驱体在高压、高转速条件下进行破碎处理，加入锂源和碳酸锶混合均匀；将混合后的材料经煅烧，冷却，得所述超高镍类单晶正极材料。本专利技术以超高镍正极材料前驱体(镍钴锰铝氢氧化物)为基体原料，通过利用在高转速和高压力的作用力，将前驱体充分打碎，并在此期间加入锂源和碳酸锶，使锂源充分和破碎的前驱体接触并紧密结合在一起，我们通过加入作为助熔剂，可以在较低温度下促进锂源与前驱体互溶后结晶共生长，减少锂镍混排，最后通过煅烧得到类单晶材料。通过本专利技术提供的制备方法制备得到的类单晶材料大小均匀，颗粒强度高，增强了材料的循环稳定性。避免了超高镍材料中由于镍含量高，高温煅烧会导致生成的类单晶中镍析出严重，导致后期电池容量衰减，以及残余碱含量高等超高镍类单晶材料制备过程中经常遇到的这些技术难题。另外，该方法减少了水洗、干燥等步骤，制备工艺简单，周期短，易合成。
[0022]本专利技术提供的超高镍类单晶正极材料的制备方法，通过对破碎和混合步骤中搅拌参数和时间的限定，能够使锂源与前驱体紧密接触，进一步降低残余碱含量。
[0023]本专利技术提供的超高镍类单晶正极材料的制备方法，通过对煅烧条件的限定，在较低的温度下实现了超高镍类单晶正极材料的制备，避免了常规高温煅烧过程中超高镍类单晶材料制备过程中出现镍析出的问题。
[0024]本专利技术提供的超高镍类单晶正极材料，具有类单晶的结构，具有优异的容量、首效和循环稳定性能。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1是本专利技术实施例1所提供正极材料的首次充放电曲线图；
[0027]图2是本专利技术对比例1所提供正极材料的首次充放电曲线图；
[0028]图3是本专利技术实施例1所提供正极材料的SEM图；
[0029]图4是本专利技术对比例1所提供正极材料的SEM图；
[0030]图5是本专利技术对比例3所提供正极材料的SEM图。
具体实施方式
[0031本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高镍类单晶正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，将超高镍正极材料前驱体在压力≥0.5MPa、转速≥6000r/min的条件下进行破碎处理，加入锂源和碳酸锶混合均匀；将混合后的材料经煅烧，冷却，得所述超高镍类单晶正极材料。2.根据权利要求1所述的超高镍类单晶正极材料的制备方法，其特征在于，所述超高镍正极材料前驱体的组成为，Ni
x
Co
y
Mn
z
Al
(1
‑
x
‑
y
‑
z)
(OH)2，其中，0.9≤x＜1；0＜y＜0.07；0＜z＜0.03。3.根据权利要求1所述的超高镍类单晶正极材料的制备方法，其特征在于，所述破碎处理的转速为8000
‑
12000r/min，压力为0.5
‑
1.5MPa，时间为10
‑
45min。4.根据权利要求1所述的超高镍类单晶正极材料的制备方法，其特征在于，所述煅烧温度为700
‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：王壮，张树涛，李子郯，白艳，王亚州，马加力，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：