一种改性的单晶型高镍三元材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供一种改性的单晶型高镍三元材料及其制备方法与应用，制备方法包括将高镍三元氢氧化物前驱体在纯氧条件下进行预烧结，得到预烧结料；将预烧结料与微粉氢氧化锂、纳米掺杂剂以及氧化铝球进行充分混合，于所得混合物中筛除氧化铝球后将其在纯氧气氛中进行第一次烧结，烧结完成后在纯氧气氛中进行自然降温冷却，得到第一烧结料；将第一烧结料粉碎后，将其与纳米包覆剂充分混合，再将所得混合料在纯氧气氛中进行第二次烧结，得到第二烧结料；将所述第二烧结料进行粉碎、筛分、除磁后，得到改性的单晶型高镍三元材料。本发明专利技术提供的制备方法非常简单，易于产业化，且制得的改性的单晶型高镍三元材料的残碱含量明显降低。晶型高镍三元材料的残碱含量明显降低。晶型高镍三元材料的残碱含量明显降低。

【技术实现步骤摘要】
一种改性的单晶型高镍三元材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种改性的单晶型高镍三元材料及其制备方法与应用，属于锂离子电池


技术介绍

[0002]因具有较高的工作电压、能量密度、长寿命和对环境友好等特点，锂离子电池已经成为新一代电动汽车、电动工具及电子产品等的动力电源，目前已经广泛应用于能源、交通、通讯等不同的领域之中。随着消费者对续航里程的要求越来越高，电池的能量密度也在逐渐提高。
[0003]三元材料是当下研究的热点，由于其容量高、循环性能优异从而得到了广泛应用。对于三元材料而言，镍含量越高，容量也越高，因此高镍三元材料是制备高能量密度锂电池的理想材料。然而，随着镍含量的不断提高，三元材料的表面残碱也越来越高，循环稳定性也越来越差。为了解决上述问题，目前往往采用水洗的方法进行处理，但当镍含量达到90mol％甚至更高时，材料对水分非常敏感，水洗会导致材料结构发生不可逆的改变从而影响容量发挥。此外，水洗还会导致材料成本大幅增加。
[0004]因此，提供一种新型的改性的单晶型高镍三元材料及其制备方法与应用已经成为本领域亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]为了解决上述的缺点和不足，本专利技术的一个目的在于提供一种改性的单晶型高镍三元材料的制备方法。
[0006]本专利技术的另一个目的还在于提供一种改性的单晶型高镍三元材料，其是由以上所述改性的单晶型高镍三元材料的制备方法制得。
[0007]本专利技术的再一个目的还在于提供以上所述改性的单晶型高镍三元材料作为锂离子电池正极材料的应用。
[0008]本专利技术的又一个目的还在于提供一种锂离子电池，其正极材料为以上所述改性的单晶型高镍三元材料。
[0009]为了实现以上目的，一方面，本专利技术提供了一种改性的单晶型高镍三元材料的制备方法，其中，包括以下步骤：
[0010]S1：将高镍三元氢氧化物前驱体在纯氧条件下进行预烧结，得到预烧结料；
[0011]S2：将预烧结料与微粉氢氧化锂、纳米掺杂剂以及氧化铝球按照一定的比例进行充分混合，于所得混合物中筛除氧化铝球后将其在纯氧气氛中进行第一次烧结，烧结完成后在纯氧气氛中进行自然降温冷却，得到第一烧结料；
[0012]S3：将第一烧结料粉碎后，将其与纳米包覆剂充分混合，再将所得混合料在纯氧气氛中进行第二次烧结，得到第二烧结料；
[0013]S4：将所述第二烧结料进行粉碎、筛分、除磁后，得到改性的单晶型高镍三元材料。
[0014]作为本专利技术以上所述制备方法的一具体实施方式，其中，S1中，所述高镍三元氢氧化物前驱体的组成为Ni
x
Co
y
Mn
(1
‑
x
‑
y)
(OH)2，其中，0.90≤x<1，0<y≤0.1。其中，本专利技术所使用的高镍三元氢氧化物前驱体可以通过本领域常规的共沉淀法制得。
[0015]作为本专利技术以上所述制备方法的一具体实施方式，其中，S1中，所述高镍三元氢氧化物前驱体的以D50计的粒度范围为2.5
‑
4.5μm，比表面积为8
‑
15m2/g，振实密度为1.6
‑
2.0g/cm3。
[0016]作为本专利技术以上所述制备方法的一具体实施方式，其中，S1中，所述预烧结为400
‑
600℃烧结3
‑
5h。
[0017]作为本专利技术以上所述制备方法的一具体实施方式，其中，S2中，所述微粉氢氧化锂的以D50计的粒度范围为5
‑
15μm。
[0018]作为本专利技术以上所述制备方法的一具体实施方式，其中，S2中，所述预烧结料和微粉氢氧化锂按照Li和M的摩尔比为1.0
‑
1.1进行配料，其中M为预烧结料中的过渡金属。
[0019]作为本专利技术以上所述制备方法的一具体实施方式，其中，S2中，所述氧化铝球的直径范围为15
‑
25mm。
[0020]作为本专利技术以上所述制备方法的一具体实施方式，其中，S2中，以所得混合物的总重量为100％计，所述氧化铝球的质量含量为30
‑
60％。
[0021]作为本专利技术以上所述制备方法的一具体实施方式，其中，S2中，所述纳米掺杂剂包括Al2O3、ZrO2、WO3、MgO、TiO2、B2O3、SrCO3、Nb2O5及La2O3中的一种或者多种。
[0022]作为本专利技术以上所述制备方法的一具体实施方式，其中，S2中，所述纳米掺杂剂的摩尔量占高镍三元氢氧化物前驱体摩尔量的0.1
‑
0.5％。
[0023]在本专利技术所提供的改性的单晶型高镍三元材料的制备方法中，高温烧结(第二次烧结)过程中，纳米掺杂剂掺杂进入所得单晶型材料的晶体结构中，部分占据Li的位置，部分占据过渡金属的位置，可以认为其是均匀分散的。本专利技术使用纳米掺杂剂可以改善所得改性的单晶型高镍三元材料的结构稳定性。
[0024]作为本专利技术以上所述制备方法的一具体实施方式，其中，S2中，所述混合可在三维混料机中进行，所述三维混料机为常规设备。
[0025]作为本专利技术以上所述制备方法的一具体实施方式，其中，S2中，所述第一次烧结包括先在第一烧结温度烧结一定时间，然后将温度升至第二烧结温度烧结一定时间，最后退火到第三烧结温度烧结一定时间。
[0026]作为本专利技术以上所述制备方法的一具体实施方式，其中，S2中，所述第一次烧结为先在450
‑
550℃烧结3
‑
6h，然后将温度升至730
‑
800℃烧结12
‑
18h，最后退火到500
‑
700℃烧结1
‑
3h。
[0027]作为本专利技术以上所述制备方法的一具体实施方式，其中，S3中，粉碎后所得物料的以D50计的粒度范围为3
‑
5μm。其中，在本专利技术一些实施例中，S3中所述的粉碎可为气流粉碎。
[0028]作为本专利技术以上所述制备方法的一具体实施方式，其中，S3中，所述纳米包覆剂包括Al2O3、ZrO2、WO3、TiO2、H3BO3、Co(OH)2、LiAlO2及Li
l.3
Al
0.3
Ti
l.7
(PO4)3中的一种或者多种。
[0029]作为本专利技术以上所述制备方法的一具体实施方式，其中，S3中，所述纳米包覆剂的质量占所述第一烧结料质量的0.1
‑
1％。
[0030]作为本专利技术以上所述制备方法的一具体实施方式，其中，S3中，所述混合可在高混机中进行，所述高混机也为常规设备。
[0031]作为本专利技术以上所述制备方法的一具体实施方式，其中，S3中，所述第二次烧结的温度为400
‑
700℃，时间为4
‑
6h。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性的单晶型高镍三元材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将高镍三元氢氧化物前驱体在纯氧条件下进行预烧结，得到预烧结料；S2：将预烧结料与微粉氢氧化锂、纳米掺杂剂以及氧化铝球按照一定的比例进行充分混合，于所得混合物中筛除氧化铝球后将其在纯氧气氛中进行第一次烧结，烧结完成后在纯氧气氛中进行自然降温冷却，得到第一烧结料；S3：将第一烧结料粉碎后，将其与纳米包覆剂充分混合，再将所得混合料在纯氧气氛中进行第二次烧结，得到第二烧结料；S4：将所述第二烧结料进行粉碎、筛分、除磁后，得到改性的单晶型高镍三元材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中，所述高镍三元氢氧化物前驱体的组成为Ni
x
Co
y
Mn
(1
‑
x
‑
y)
(OH)2，其中，0.90≤x<1，0<y≤0.1；优选地，S1中，所述高镍三元氢氧化物前驱体的以D50计的粒度范围为2.5
‑
4.5μm，比表面积为8
‑
15m2/g，振实密度为1.6
‑
2.0g/cm3；还优选地，S1中，所述预烧结为400
‑
600℃烧结3
‑
5h。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S2中，所述微粉氢氧化锂的以D50计的粒度范围为5
‑
15μm；优选地，所述预烧结料和微粉氢氧化锂按照Li和M的摩尔比为1.0
‑
1.1进行配料，其中M为预烧结料中的过渡金属；还优选地，S2中，所述氧化铝球的直径范围为15
‑
25mm；还优选地，S2中，以所得混合物的总重量为100％计，所述氧化铝球的质量含量为30
‑
60％。4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，S2中，所述纳米掺杂剂包括Al2O3、ZrO2、WO3、MgO、TiO2、B2O3、SrCO3、Nb2O5及La2O3中的一种或者多种；优选地，所述纳米掺杂剂的摩尔量占高镍三元氢氧化物前驱体摩尔量...

【专利技术属性】
技术研发人员：高玉仙，高伟，李道聪，杨茂萍，刘星，龙君君，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：