一种单晶三元正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种单晶三元正极材料及其制备方法和应用，所述单晶三元正极材料的化学式为Li

【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]本专利技术属于锂离子电池
，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]NCM811材料得益于其高比容量及高镍低钴的组成，在缓解或解决其安全性的前提下，将其应用于动力电池可大大降低组件的成本。目前LG、宁德时代等新能源巨头已开始将高镍三元正极材料应用于动力电池。
[0003]而高镍811三元材料因其接近LiNO2的特性，还有许多亟待解决的问题：高镍材料在充放电时容易发生锂镍混排、H2
‑
H3相变等而使其放电极化增大，容量衰减；高镍材料表面高残碱导致其表面多的副反应，使得循环性能变差、电池胀气等。传统高镍三元正极材料的制备因其表面残碱(LiOH和Li2CO3)，在加工工艺上加入了湿法工艺对材料表面残碱进行水洗，水洗工艺虽然能够有效地去除高镍材料表面的残碱，并减少NCM材料在首次充电过程中的CO2和O2释放量，但水洗过程中Li
+
和H
+
交换，在材料表面形成MOOH相的杂质，在烘干过程中，MOOH相脱水形成M3O4或MO相，这个过程会导致高镍材料表面的阻抗进一步增加。材料内阻的增大带来了电池的热损耗及胀气等，使电池再在使用过程中温度变高、性能恶化。
[0004]CN110436531A公开了一种低表面残碱的高镍单晶三元正极材料及其制备方法，包括以下步骤：取氢氧化锂、氧化物添加剂、镍钴锰三元前驱体，经干法高速混料工艺混合均匀，制得混合物料；对混合物料进行一次烧结，得一次烧结料；对一次烧结料依次进行粉碎、过筛，得一次粉碎料；取一次粉碎料、包覆剂、去离子水，搅拌水洗，制得浆料，在真空条件下，采用动态旋转干燥工艺将浆料烘干，得干物料；对干物料进行二次烧结，得二次烧结料；二次烧结料依次经过粉碎、过筛，得到产品。其通过水洗的方法降低材料表面残碱，增大了材料阻抗。
[0005]CN110790323A公开了一种高镍三元正极材料及其制备方法和应用，高镍三元正极材料的制备包括一次烧结、水洗、干燥、包覆、二次烧结、过筛、除磁、打包，所述水洗、干燥、包覆、过筛、除磁、打包均在干燥房内完成，干燥房内水分含量≤10ppm，二氧化碳含量≤10ppm。在生产工艺中增加了空气中H2O和CO2的控制，水洗、干燥、包覆、过筛、除磁、打包均在干燥房内完成，杜绝产品与H2O和CO2接触，高镍三元正极材料水洗后降低残锂后，极少和二氧化碳反应保证残锂不增加，从而降低高镍三元正极材料表面残碱量，保持表面残碱量≤0.12％，其同样通过水洗的方法降低材料的表面残碱量，增大了材料的阻抗。
[0006]上述方案均通过水洗的方法来降低材料的表面残碱量，但是会增大材料的阻抗，进而影响材料的材料的放电容量、倍率性能及循环性能，因此，开发一种既可以降低材料的表面残碱量又可以避免增大材料阻抗的三元正极材料是十分必要的。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种单晶三元正极材料及其制备方法和应用，本专利技术所述
单晶三元正极材料中包括掺杂元素和包覆元素，掺杂元素提升了高镍材料单晶化程度，降低材料表面的残碱，包覆材料在材料表面可提供更多的锂离子通道，减少正极材料活性颗粒间的接触阻抗，可以进一步降低材料内阻。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种单晶三元正极材料，所述单晶三元正极材料的化学式为Li
a
Ni
x
Co
y
Mn
z
M
m
N
n
O2，其中，M为掺杂元素，N为包覆元素，所述M包括Na、Mg、Al、Zr、Nb、Sr或Ca中的任意一种或至少两种的组合，所述N包括B、W、Y或Al中的任意一种或至少两种的组合，x+y+z+m+n＝1，0.90<a<1.20，例如：0.91、0.95、1.0、1.1或1.99等，0.80<x<0.96，例如：0.81、0.85、0.88、0.9、0.92或0.95等，0.1<y<0.2，例如：0.11、0.12、0.15、0.18或0.19等，0.1<z<0.2，例如：0.11、0.12、0.15、0.18或0.19等，0.005<m<0.1，例如：0.006、0.008、0.01、0.03、0.05、0.08或0.09等，0.005<n<0.1，例如：0.006、0.008、0.01、0.03、0.05、0.08或0.09等。
[0010]本专利技术在三元正极材料中添加掺杂元素，提升了高镍材料单晶化程度，降低材料表面的残碱替代水洗工艺，避免了水洗工艺带来的内阻大的问题，另一方面通过添加特殊的包覆元素，在材料表面可提供更多的锂离子通道，减少正极材料活性颗粒间的接触阻抗，可以进一步降低材料内阻，提高材料的放电容量、倍率性能及循环稳定性。
[0011]优选地，所述单晶三元正极材料的中值粒径为3～7μm，例如：3μm、4μm、5μm、6μm或7μm等。
[0012]优选地，所述单晶三元正极材料的比表面积为0.3～1.5m2/g，例如：0.3m2/g、0.5m2/g、0.8m2/g、1m2/g、1.2m2/g或1.5m2/g等。
[0013]第二方面，本专利技术提供了一种如第一方面所述单晶三元正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0014](1)将三元镍钴锰前驱体、掺杂剂和锂源混合，经一次烧结得到一烧材料；
[0015](2)将步骤(1)得到的一烧材料与包覆剂混合，得到混合料，经二次烧结处理得到所述单晶三元正极材料。
[0016]优选地，步骤(1)所述三元镍钴锰前驱体的中值粒径为2.5～5.5μm，例如：2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm、5μm或5.5μm等。
[0017]优选地，所述单晶三元正极材料的比表面积为4～10m2/g，例如：4m2/g、5m2/g、6m2/g、7m2/g、8m2/g、9m2/g或10m2/g等。
[0018]优选地，所述掺杂剂包括Na、Mg、Al、Ca的氧化物或氢氧化物中的任意一种或至少两种的组合。
[0019]优选地，所述锂源包括氢氧化锂和/或碳酸锂。
[0020]优选地，步骤(1)和步骤(2)所述混合的方式包括球磨。
[0021]优选地，步骤(1)所述一次烧结的气氛中氧气的体积分数为50～100％，例如：50％、60％、70％、80％、90％或100％等。
[0022]优选地，所述一次烧结的温度为600～1200℃，例如：600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃或1200℃等，优选为700～900℃。
[0023]优选地，所述一次烧结的时间为4～15h，例如：4h、6h、8h、10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，其特征在于，所述单晶三元正极材料的化学式为Li
a
Ni
x
Co
y
Mn
z
M
m
N
n
O2，其中，M为掺杂元素，N为包覆元素，所述M包括Na、Mg、Al、Zr、Nb、Sr或Ca中的任意一种或至少两种的组合，所述N包括B、W、Y或Al中的任意一种或至少两种的组合，x+y+z+m+n＝1，0.9<a<1.2，0.8<x<0.96，0.1<y<0.20，0.1<z<0.20，0.005<m<0.1，0.005<n<0.1。2.如权利要求1所述的单晶三元正极材料，其特征在于，所述单晶三元正极材料的中值粒径为3～7μm；优选地，所述单晶三元正极材料的比表面积为0.3～1.5m2/g。3.一种如权利要求1或2所述单晶三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将三元镍钴锰前驱体、掺杂剂和锂源混合，经一次烧结得到一烧材料；(2)将步骤(1)得到的一烧材料与包覆剂混合，得到混合料，经二次烧结处理得到所述单晶三元正极材料。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述三元镍钴锰前驱体的中值粒径为2.5～5.5μm；优选地，所述单晶三元正极材料的比表面积为4～10m2/g。优选...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳杰，刘亚军，赵俊俊，周宏宝，张林，周青宝，朱卫泉，
申请(专利权)人：天津国安盟固利新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：