一种单晶镍钴锰酸锂正极材料制造技术

本发明专利技术公开了一种单晶镍钴锰酸锂正极材料，该正极材料为核壳结构，核层的材料为高镍镍钴锰三元单晶正极材料；壳层的材料包括Li

【技术实现步骤摘要】
一种单晶镍钴锰酸锂正极材料
[0001]本专利技术是申请日为2021年7月30日、申请号为2021108693605、名称为“一种单晶镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法和应用”的中国专利技术专利申请的分案申请。


[0002]本专利技术属于锂离子电池电极材料领域，尤其涉及一种正极材料，具体涉及一种单晶镍钴锰酸锂正极材料。

技术介绍

[0003]如今随着纯电动汽车、混合动力汽车及便携式储能设备等对锂离子电池容量要求的不断提高，人们期待开发具有更高能量密度的、功率密度的锂离子电池来实现长久续航及储能，提高电池工作电压是提高锂离子电池能量密度的有效方法之一，然而提高工作电压会造成锂离子电池循环性能衰减等一系列问题，例如会导致电极/电解质界面的副反应增加，加大了氧气的析出，增大了电池的极化和内阻，导致循环寿命变差的问题。为了改善三元材料在高电压下的热稳定性和循环性能，常见方法包括对三元正极材料进行包覆改性，但是目前的三元材料虽然经过包覆改性，但是仍然不能较好的包覆在正极材料表面，且在高电压下也无法有效的减少电解液/材料界面的反应，循环稳定性较差，难以满足现实需求。同时传统的二次球颗粒结构牢固性差，在较高电压下其骨架结构易遭到破坏导致电极/溶液界面反应加剧，造成电池性能下降。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的问题是克服现有技术的一个或多个不足，提供一种改进的能够适用在4.5V高压下工作且兼具理想的循环稳定性能的单晶镍钴锰酸锂正极材料。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的一种技术方案是：一种单晶镍钴锰酸锂正极材料，该正极材料为核壳结构，所述核壳结构包括核层、包覆在所述核层上的壳层，所述核层的材料为镍钴锰三元单晶正极材料，其中：
[0006]所述镍钴锰三元单晶正极材料具有如下结构：Li
x
(Ni
a
Co
b
Mn1‑
a
‑
b
)O2(Ⅰ)，式(Ⅰ)中，1.0≤x≤1.15，0.5<a≤0.9，0.05≤b≤0.35，1
‑
a
‑
b＞0；
[0007]所述壳层的材料包括Li
r
(Ni
s
Co
t
Mn1‑
s
‑
t
)O2(Ⅱ)、金属氧化物和金属偏磷酸盐，式(Ⅱ)中，0.9≤r≤1.05，0.3≤s≤0.5，0<t<0.4，1
‑
s
‑
t>0；其中，以质量百分含量计，所述壳层的材料中，所述Li
r
(Ni
s
Co
t
Mn1‑
s
‑
t
)O2占50％以上，所述金属氧化物与所述金属偏磷酸盐的投料质量比为1∶0.1
‑
10。
[0008]根据本专利技术的一些优选方面，所述金属氧化物与所述金属偏磷酸盐的总投料量与所述Li
r
(Ni
s
Co
t
Mn1‑
s
‑
t
)O2的投料质量之比为1∶1
‑
5。
[0009]根据本专利技术的一些优选且具体的方面，所述金属氧化物与所述金属偏磷酸盐中的金属元素分别选自Al、Ti、Mg、Y、Zr、Nb、W中的一种或多种。
[0010]根据本专利技术的一些优选方面，所述金属氧化物与所述金属偏磷酸盐中的金属元素
一致，一方面有利于控制引入三元材料中的金属元素种类，另一方面提高包覆材料和三元材料本体的兼容性，一定程度上提高循环性能和热稳定性。
[0011]根据本专利技术的一些优选方面，所述金属氧化物的粒径为100
‑
800nm。
[0012]根据本专利技术的一些优选且具体的方面，所述壳层的材料的制备方法包括：将式(Ⅱ)的前驱体与金属氧化物与金属偏磷酸盐混合分散，研磨，然后与锂源混合，在含有氧气的气氛下烧结。
[0013]根据本专利技术的一些优选方面，所述核层与所述壳层的质量比为50
‑
200∶1。
[0014]根据本专利技术的一些优选方面，所述镍钴锰三元单晶正极材料的粒径为2
‑
6μm。
[0015]根据本专利技术的一些优选方面，所述壳层的厚度为1
‑
8μm。
[0016]本专利技术提供的又一技术方案：一种上述所述的单晶镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0017](1)将金属氧化物与金属偏磷酸盐混合后加入到水中分散搅拌形成浆料，再将得到的浆料与式(Ⅱ)的前驱体混合，进行研磨，然后喷雾干燥处理，干燥后的混合物进行气流粉碎得到复合材料，将得到的复合材料与锂源混合，投入到气氛炉中烧结，再将烧结出的材料经过鄂破、粉碎、过筛后，得到壳层材料；
[0018](2)将式(Ⅰ)的前驱体与锂源混合，投入到气氛炉中烧结，再将烧结出的材料经过鄂破、粉碎、过筛后，得到式(Ⅰ)所示结构的核层材料；
[0019](3)将步骤(1)所得壳层材料作为包覆材料，使其与步骤(2)所得核层材料混合分散，然后在气氛炉中烧结，再将烧结出的材料经过鄂破、粉碎、过筛后，得到所述单晶镍钴锰酸锂正极材料。
[0020]根据本专利技术的一些具体且优选的方面，步骤(1)中，浆料中，固体所占的比例为30％～50％。
[0021]根据本专利技术的一些具体且优选的方面，步骤(1)中，所述锂源中的锂与所述式(Ⅱ)的前驱体中镍、钴、锰元素总和的摩尔比为1.00
‑
1.15∶1。
[0022]根据本专利技术的一些具体方面，步骤(1)中，所述水为超纯水，即电阻率达到18MΩ*cm(25℃)的水。
[0023]根据本专利技术的一些具体且优选的方面，步骤(2)中，所述锂源中的锂与所述式(Ⅰ)的前驱体中镍、钴、锰元素总和的摩尔比为1.00
‑
1.15∶1。
[0024]根据本专利技术的一些具体且优选的方面，步骤(1)或(2)中，烧结的温度为200
‑
1000℃，烧结时间为2
‑
15h，气氛炉中的烧结气氛为含有氧气且氧含量为90％～100％的气体。
[0025]进一步地，步骤(1)中，烧结的温度为200
‑
1000℃，烧结时间为5
‑
15h。更进一步地，烧结的温度为400
‑
1000℃，烧结时间为8
‑
12h。
[0026]进一步地，步骤(2)中，烧结的温度为200
‑
1000℃，烧结时间为5
‑
15h。更进一步地，烧结的温度为400
‑
1000℃，烧结时间为8
‑
12h。
[0027]进一步地，步骤(3)中，烧结的温度为200
‑
900本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单晶镍钴锰酸锂正极材料，该正极材料为核壳结构，所述核壳结构包括核层、包覆在所述核层上的壳层，所述核层的材料为镍钴锰三元单晶正极材料，其特征在于：所述镍钴锰三元单晶正极材料具有如下结构：Li
x
(Ni
a
Co
b
Mn1‑
a
‑
b
)O2(Ⅰ)，式(Ⅰ)中，1.0≤x≤1.15，0.5<a≤0.9，0.05≤b≤0.35，1
‑
a
‑
b＞0；所述壳层的材料包括Li
r
(Ni
s
Co
t
Mn1‑
s
‑
t
)O2(Ⅱ)、金属氧化物和金属偏磷酸盐，式(Ⅱ)中，0.9≤r≤1.05，0.3≤s≤0.5，0<t<0.4，1
‑
s
‑
t>0；其中，以质量百分含量计，所述壳层的材料中，所述Li
r
(Ni
s
Co
t
Mn1‑
s
‑
t
)O2占50％以上，所述金属氧化物与所述金属偏磷酸盐的投料质量比为1∶0.1
‑
10；该单晶镍钴锰酸锂正极材料通过如下方法制备：(1)将金属氧化物与金属偏磷酸盐混合后加入到水中分散搅拌形成浆料，再将得到的浆料与式(Ⅱ)的前驱体混合，进行研磨，然后喷雾干燥处理，干燥后的混合物进行气流粉碎得到复合材料，将得到的复合材料与锂源混合，投入到气氛炉中烧结，再将烧结出的材料经过鄂破、粉碎、过筛后，得到壳层材料；(2)将式(Ⅰ)的前驱体与锂源混合，投入到气氛炉中烧结，再将烧结出的材料经过鄂破、粉碎、过筛后，得到式(Ⅰ)所示结构的核层材料；(3)将步骤(1)所得壳层材料作为包覆材料，使其与步骤(2)所得核层材料混合分散，然后在气氛炉中烧结，再将烧结出的材料经过鄂破、粉碎、过筛后，得到所述单晶镍钴锰酸锂正极材料；烧结的温度为200
‑
900℃，烧结时间为2
‑
12h。2.根据权利要求1所述的单晶镍钴锰酸锂正极材料，其特征在于，所述金属氧化物与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟欢，龚黎明，夏晟，任浩华，
申请(专利权)人：江苏翔鹰新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：