一种纳米单晶三元材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种纳米单晶三元材料及其制备方法，该纳米单晶三元材料采用含镍钴锰的前驱体、锂源、含A元素的化合物和含M元素的化合物经研磨混合后烧结、粉碎、湿法包覆、喷雾干燥，最终制得纳米单晶三元材料，该纳米单晶三元材料由于采用喷雾的方法生成松散的团聚体，可在电池浆料匀浆过程中被打开，有效避免其在循环过程中出现应力集中和开裂现象，同时由于行成了一层均匀的包覆层，可实现锂离子快速传导，有效提高了材料的倍率性能和循环性能。且该纳米单晶三元材料的制备方法简单，制备效率高，在制备过程中对湿度控制要求降低，降低了制备成本。制备成本。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米单晶三元材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池正极材料及其制备方法，属于锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种纳米单晶三元材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池目前广泛应用于新能源汽车领域。目前纯电动汽车和插电混动汽车较为成熟，而轻混合动力汽车由于对电池的放电倍率性能和浅充放电条件下超长循环性能的要求，目前一般采用镍氢电池方案，采用锂离子电池解决方案很难实现和车辆的寿命同步，目前的方案是车辆中期更换或者从设计妥协，增大电池组的容量来降低倍率解决相关问题。
[0003]对于纯电动汽车和插电混合动力汽车，动力电池的充放电倍率一般不超过10C。对于轻混合动力汽车，电池的工作工况与纯电动汽车和插电混动汽车有所不同。作为唯一的能量来源，纯电动汽车的电池系统一般在较大荷电状态范围内进行充放电，以保证续航里程，这种使用工况下，由于电池组能量较大，电池的使用放电倍率一般不超过5C，充电倍率一般不超过3C，普通的微米级小颗粒单晶材料和二次颗粒材料可以满足使用要求。对于插电混合动力汽车，使用工况分为短途的纯电动通行和长途的混合动力通行，对于短途纯电通行，电池的使用工况与纯电动汽车基本一致，一般放电倍率不超过10C，充电倍率不超过5C，对于长途混合动力通行，使用工况接近于轻混合动力汽车，即电池保持在一定荷电状态，此时的充放电为一般不超过30s的瞬间充放电，倍率也一般不超过10C。对于轻混合动力汽车，电池主要工作在平衡荷电状态下，需要以较大的倍率进行瞬间充放电，主要是在车辆加速时提供能量，在减速时回收能量，在这种工况下，电池需要有非常好的倍率性能和循环性能，如果与车辆同寿命，这种在相对恒定的荷电状态下的浅充放循环需要百万次数量级，充放电倍率需要100C数量级。在这种使用条件下，目前的绝大部分二次颗粒三元材料和微米级单晶三元材料不能满足使用要求。微米级的单晶材料在倍率上首先无法达到使用要求，微米级的硬团聚二次颗粒材料，在100C充放电的情况下进行长期浅充放电循环过程中，材料应力集中，在一次颗粒之间形成断裂，生成新的表面，新的表面在大倍率充放电的过程中与电解液发生副反应，消耗电解液同时加速电池正极一侧内阻的增长，使电池的性能跳水，混合动力系统失效，这个过程很难达到100万次数量级。

技术实现思路

[0004]基于上述技术背景，本专利技术人进行了锐意进取，结果发现：通过将含镍钴锰的前驱体、锂源、含A元素的化合物和含M元素的化合物经研磨混合后烧结、粉碎、湿法包覆、喷雾干燥，最后经过烧结制得本专利技术所述的纳米单晶三元材料，本专利技术采用喷雾的方法生成松散的二次团聚体，由于其为软团聚，可以在电池浆料匀浆过程中被打开，在循环过程中不存在应力集中的问题，减少开裂可能性，同时通过湿法均匀的包覆，纳米颗粒表面形成包覆层，可实现锂离子快速传导，从而提高材料的倍率性能和循环性能，本专利技术所述纳米单晶三元
材料的制备方法简单，在制备过程中对湿度控制要求降低，成本较低。
[0005]本专利技术的第一方面在于提供一种纳米单晶三元材料，所述纳米单晶三元材料由前驱体、锂源和含A元素的化合物混合烧结后与含M元素的化合物湿法包覆，最后经喷雾干燥制得；
[0006]所述A元素选自Mg、Al、Ti和Zr中的一种或几种；
[0007]所述M元素选自Si、Al和Ti中的一种或几种。
[0008]本专利技术的第二方面在于提供一种根据本专利技术第一方面所述的纳米单晶三元材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
[0009]步骤1、将称量好的锂源、预处理后的前驱体、含A元素的化合物湿法研磨、混合、干燥；
[0010]步骤2、将步骤1制得混合物高温烧结后粉碎；
[0011]步骤3、步骤2烧结后的材料与含M元素的化合物进行湿法包覆后喷雾干燥；
[0012]步骤4、将步骤3制得材料烧结。
[0013]本专利技术提供的纳米单晶三元材料及其制备方法具有以下优势：
[0014](1)本专利技术所述的纳米单晶三元材料具备较好的物理储存性能，对材料生产制造和材料制成电池过程中，对工艺特别是湿度控制要求降低；
[0015](2)本专利技术所述的纳米单晶三元材料具有更好的倍率性能和循环性能；
[0016](3)本专利技术所述的纳米单晶三元材料的制备方法简单，制备成本较低。
附图说明
[0017]图1-a示出本专利技术实施例1制得产物的扫描电镜照片；
[0018]图1-b示出本专利技术实施例1制得产物的扫描电镜放大照片；
[0019]图2-a示出本专利技术实施例2制得产物的扫描电镜照片；
[0020]图2-b示出本专利技术实施例2制得产物的扫描电镜放大照片；
[0021]图3-a示出本专利技术实施例3制得产物的扫描电镜照片；
[0022]图3-b示出本专利技术实施例3制得产物的扫描电镜放大照片；
[0023]图4-a示出本专利技术对比例1制得产物的扫描电镜照片；
[0024]图4-b示出本专利技术对比例1制得产物的扫描电镜放大照片；
[0025]图5示出本专利技术实施例1-3和对比例1制得产物的XRD图谱。
具体实施方式
[0026]下面将对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
[0027]本专利技术的第一方面在于提供一种纳米单晶三元材料，其由前驱体、锂源和含A元素的化合物混合烧结后与含M元素的化合物湿法包覆，最后经喷雾干燥制得。
[0028]所述前驱体选自含镍钴锰的氢氧化物、氧化物和碳酸盐中的一种或几种；优选地，所述前驱体选自含镍钴锰的氢氧化物和氧化物中的一种或两种；更优选地，所述前驱体为含镍钴锰的氢氧化物。
[0029]所述锂源选自含锂的碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐、氧化物和氢氧化物中的一种或几
种，优选地，所述锂源选自含锂的碳酸盐、氧化物和氢氧化物中的一种或几种，更优选地，所述锂源为碳酸锂。
[0030]所述A元素选自Mg、Al、Ti、Zr、W、Nb、Y、Nd和Ta中的一种或几种；优选选自Mg、Al、Ti、Zr和W中的一种或几种；更优选为Mg、Al、Ti和Zr中的一种或几种。
[0031]含A元素的化合物选自含A元素的氢氧化物、氧化物、碳酸盐和硫酸盐中的一种或几种，优选地，所述含A元素的化合物选自含A元素的氧化物、氢氧化物和碳酸盐中的一种或几种更优选的，所述含A元素的化合物为含A元素的氧化物。
[0032]在本专利技术中，所述含A元素的化合物为掺杂化合物，A元素作为掺杂元素进入制得三元材料的晶体结构中，增大材料的层状结构中的层间距，增大晶胞参数c值，更易于锂离子嵌入和脱出，提升材料的充放电倍率性能；同时稳定材料的晶格，减小材料过渡金属层发生阳离子混排的频率及材料在高倍率充放电过程中受到的内部应力，减少材料在高倍率循环后发生的微裂纹，减小产生副反应的新的界面，从而提升材料的循环性能。
[0033]所述M元素选自Si、Al、Ti、Zr和W中的一种或几种，优选选自Si、Al、Ti和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米单晶三元材料，其特征在于，所述纳米单晶三元材料由前驱体、锂源和含A元素的化合物混合烧结后与含M元素的化合物湿法包覆，最后经喷雾干燥制得；所述A元素选自Mg、Al、Ti、Zr、W、Nb、Y、Nd和Ta中的一种或几种；所述M元素选自Si、Al、Ti、Zr和W中的一种或几种。2.根据权利要求1所述的纳米单晶三元材料，其特征在于，所述前驱体选自含镍钴锰的氢氧化物、氧化物和碳酸盐中的一种或几种。3.根据权利要求2所述的纳米单晶三元材料，其特征在于，所述前驱体中金属元素之和、锂源中锂元素、含A元素的化合物中A元素和含M元素的化合物中M元素的摩尔比为1：(0.5～2)：(0.0005～0.01)：(0.0005～0.02)。4.根据权利要求1所述的纳米单晶三元材料，其特征在于，所述纳米单晶三元材料的一次颗粒中值粒径为100～1000nm；该纳米单晶三元材料制得的全电池在2.2V、100C、10S循环1周的内阻为7～10mΩ，循环100000周内阻为9～11mΩ，循环200000周内阻为11～14mΩ，循环500000周内阻为19～25mΩ。5.如制备权利要求1所述的纳米单晶三元材料，其由包括以下步骤的方法制备：步骤1、将称量好的锂源、预处理后的前驱体、含A元素的化合物湿法...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴剑文，黄佳佳，沙金，朱卫泉，苏迎春，
申请(专利权)人：中信国安盟固利电源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：