一种单晶三元正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种单晶三元正极材料及其制备方法和应用，包括以下步骤：A、将正极材料前驱体、锂盐、单晶三元正极材料微粉和掺杂组分进行混合；B、取样混合料进行锂配比测试，合格后将混合料进行一次烧结，烧结完成后进行粉碎，得到粉料；C、将粉料与一定量的包覆物混合，并进行干法包覆，然后进行二次烧结，二次烧结温度为200℃

【技术实现步骤摘要】
一种单晶三元正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池制备
，特别涉及一种单晶三元正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，新能源汽车技术日新月异的发展对锂离子动力电池的能量密度提出了越来越高的要求。层状镍钴锰酸锂三元正极材料（按照镍盐、钴盐、锰（铝）盐的大致比例，可以分为NCM333、NCM523、NCM622、NCM811、NCA等型号），尤其是高镍型材料，具有相对较高的比能量和工作电压，成为当下最有商业前景的正极材料。单晶作为二次球形颗粒的改性工艺，弥补了二次颗粒的不足，具有以下优点：1) 单晶颗粒内部不存在晶间界面，多次充放电循环后不发生晶间破碎；2) 单晶颗粒比表面积小，与电解液接触面积小，副反应小；3) 单晶材料机械强度高，压实过程中不易破碎，压实密度高。单晶型三元材料逐渐成为市场主流，但单晶型三元材料在粉碎过程中会出现大量微粉（以1吨成品计，会产生约100
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300kg的单晶三元材料微粉），降低了成品收率，大幅度提高了产品生产成本，造成大量的资料浪费。
[0003]对于单晶三元材料微粉的回收利用，有人提出直接将其作为单晶型三元材料原料来使用，通过烧结的方式得到符合要求的正极材料颗粒，但是单晶三元材料微粉烧结得到的正极材料，不仅在制备时对工艺要求高，制备成本升高明显，而且得到的正极材料颗粒属于一种表现较差的类单晶型颗粒，其电化学性能（尤其是充放电循环性能）很差，难以实现有效利用。由于单晶三元材料微粉作为正极材料回收使用缺点突出，使得单晶三元材料微粉难以真正实现回收利用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种单晶三元正极材料及其制备方法和应用，本专利技术基于如何有效利用单晶三元正极材料微粉（以下简称单晶微粉）的目的，通过大量试验总结和验证，成功找到了一种有效利用单晶微粉的方法，通过在制备单晶三元正极材料成品时，向原料中加入一定量的单晶微粉，其不仅没有降低正极材料的电化学活性，而且还使得正极材料的压实密度、容量以及首效均得到了明显提高，取得了意想不到的积极效果，实现了单晶微粉的回收利用，克服了现有技术所存在的不足。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：一种单晶三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：A、将正极材料前驱体、锂盐进行锂配混合，混合时加入一定量的单晶三元正极材料微粉和掺杂组分，混合均匀后得到混合料；B、取样混合料进行锂配比测试，合格后将混合料进行一次烧结，一次烧结温度为800℃
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1000℃，烧结氛围为空气或氧气，烧结完成后进行气流粉碎或机械粉碎，得到粉料；C、将粉料与一定量的包覆物混合，并进行干法包覆，然后进行二次烧结，二次烧结温度为200℃
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600℃，烧结完成后即得。
[0006]在本专利技术的制备方法中，主要创新点在于：将一定量的单晶三元正极材料微粉作
为制备单晶三元正极材料的原料之一，单晶三元正极材料微粉虽然会显著降低正极材料的电化学性能，但本专利技术通过控制单晶三元正极材料微粉的加入量以及调控制备工艺，制备得到的正极材料不仅电化学性能没有下降，其压实密度、容量以及首效反而得到了明显提高，在成功回收利用单晶三元正极材料微粉的同时，取得了意想不到的技术效果，克服了单晶三元正极材料微粉回收利用时所存在的不足。
[0007]进一步，所述单晶三元正极材料微粉为单晶三元材料粉碎过程中产生的微粉。
[0008]在本专利技术中，单晶三元正极材料微粉的掺量是个很关键的参数，其不仅关乎单晶三元正极材料微粉是否能够有效利用，还关乎其回收利用的效果。专利技术人通过大量试验总结和验证得到，单晶三元正极材料微粉的掺量不超过正极材料前驱体质量的10%时，不仅能够实现有效的回收利用，而且还能对单晶三元正极材料起到提高其压实密度、容量以及首效的效果，而如果单晶三元正极材料微粉的掺量超过10%，则单晶三元正极材料微粉的缺点暴露明显，得到的单晶三元正极材料的电化学性能会明显下降，无法实现单晶微粉的回收利用。
[0009]进一步，所述单晶三元正极材料微粉的粒度不大于3μm。
[0010]在本专利技术中，所述掺杂组分优选为纳米氧化锆，掺杂组分的添加量为正极材料前驱体质量的1%
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5%，例如可以是1%、1.5%、2%、2.1%、2.2%、2.5%、2.8%、3%、3.2%、3.5%、3.8%、4%、4.2%、4.5%、5%等，可根据实际需要具体选择。
[0011]进一步，所述包覆物选自纳米氧化铝、纳米氧化硼、纳米氧化钛中的一种，优选为纳米氧化钛，包覆物的添加量为正极材料前驱体质量的1%
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5%，例如可以是1%、1.5%、2%、2.2%、2.5%、2.8%、3%、3.2%、3.5%、3.8%、4%、4.5%、5%等，可根据实际需要具体选择。
[0012]在本专利技术中，在一次烧结时，升温速率为3℃/min
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6℃/min，烧结时间为15h
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22h，进气量为1
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10m
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/h。本专利技术由于引入了单晶微粉，材料的结晶温度被降低，因此降低了一次烧结温度。同时，掺入单晶微粉后，为了降低材料表面的残余碱，因此需要增加一次烧结时的进气量。
[0013]进一步，升温速率可以为3℃/min、4℃/min、5℃/min、5.5℃/min、6℃/min等，优选为5℃/min，达到预定温度后，需要保温烧结一定时间，例如可以保温15h，烧结时间根据实际情况把控，总时间控制在15h
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22h。对于进气量，以空气气氛为例，进气量一般为1 m
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/h、1.2 m
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/h、1.5 m
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/h、1.7 m
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/h、2m
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/h、2.5m
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/h、3m
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/h、3.5 m
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/h、4m
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/h、5 m
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/h等，优选为2m
³
/h。
[0014]进一步，在步骤B中，锂配比测试的合格范围为1.01
‑
1.05。
[0015]进一步，本专利技术还包括一种单晶三元正极材料，所述单晶三元正极材料由上述制备方法制备得到。
[0016]进一步，本专利技术还包括一种锂离子电池，包括正极、负极以及位于正极和负极之间的隔膜，所述正极所用的正极材料为上述单晶三元正极材料。
[0017]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术通过在制备单晶三元正极材料成品时，向原料中加入一定量的单晶三元材料微粉，其不仅没有降低正极材料的电化学活性，而且还使得正极材料的压实密度、容量以及首效均得到了明显提高，取得了意想不到的积极效果，成功实现了单晶微粉的回收利用；
2、本专利技术在原有生产工艺中进行单晶微粉掺混烧结，不仅不会影响生产效率，而且本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单晶三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A、将正极材料前驱体、锂盐进行锂配混合，混合时加入一定量的单晶三元正极材料微粉和掺杂组分，混合均匀后得到混合料；B、取样混合料进行锂配比测试，合格后将混合料进行一次烧结，一次烧结温度为800℃
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1000℃，烧结氛围为空气或氧气，烧结完成后进行气流粉碎或机械粉碎，得到粉料；C、将粉料与一定量的包覆物混合，并进行干法包覆，然后进行二次烧结，二次烧结温度为200℃
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600℃，烧结完成后即得。2.如权利要求1所述的单晶三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述单晶三元正极材料微粉为单晶三元材料粉碎过程中产生的微粉。3.如权利要求2所述的单晶三元正极材料的制备方法，其特征在于，单晶三元正极材料微粉的掺量不超过正极材料前驱体质量的10%。4.如权利要求3所述的单晶三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述单晶三元正极材料微粉的粒度不大于3μm。5.如权利要求1
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4任一所述的单晶三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述掺杂组分为纳米氧化锆，...

【专利技术属性】
技术研发人员：易亮，朱高龙，谭铁宁，华剑锋，李立国，戴锋，
申请(专利权)人：四川新能源汽车创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：