正极材料及其制备方法、正极以及锂离子电池技术

本发明专利技术涉及锂电材料技术领域，公开了正极材料及其制备方法、正极以及锂离子电池。具有单晶形貌的正极材料的制备方法，包括：混料：将前驱体、锂源以及氯化钾混合得到混合物，氯化钾的质量为前驱体和锂源的质量之和的1/3~2倍；一次热处理：将混合物置于温度为850~950℃，且具有氧气的氛围下热处理10~15h；除盐：去除一次热处理后得到的产物中的氯化钾；二次热处理：将去除氯化钾后的产物置于温度为500~750℃，且具有氧气的氛围下热处理4~12h。正极材料，采用上述制备方法制得。正极，采用上述正极材料制得。锂离子电池，包括上述正极。本发明专利技术提供的方法生产难度低，可制得性能好的高镍正极材料。极材料。极材料。

【技术实现步骤摘要】
正极材料及其制备方法、正极以及锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂电材料
，具体而言，涉及正极材料及其制备方法、正极以及锂离子电池。

技术介绍

[0002]在1991年索尼开发出世界上第一款商用锂离子电池之后，锂离子电池生产技术快速发展，目前已经是移动电话/笔记本电脑等3C产品的主要供电设备。作为动力电池的新能源汽车产业也越来越受到重视，正在蓬勃发展。然而锂离子电池作为动力电池的新能源汽车产业目前仍然面临诸多问题，首当其冲的便是安全性与行驶里程问题。而这一问题最主要的技术瓶颈就在于动力电池，要想助力产业进一步发展，需要重点关注锂离子电池的能量密度和安全性的解决方案。
[0003]商用锂离子动力电池主要包括正极、负极、隔膜、电解液、集流体以及封装材料几个部分。就目前已经成熟的产业化技术来看，负极的能量密度已经远远大于正极的能量密度，因此提升能量密度的重点和难点就在于正极侧。目前主流的商业化正极有磷酸铁锂和高镍三元层状正极材料两大类，其中高镍三元层状正极材料的能量密度远大于磷酸铁锂，是更为理想的一类动力电池正极材料。然而，其更高的镍含量也带来了安全问题，材料的热稳定性较差。如何实现在更高能量密度与更好安全性的平衡呢？单晶化是一个非常有潜力的方向。尽管单晶高镍层状正极材料在容量上会略低于相同组分的多晶材料，但其高压稳定性和热稳定性往往能有大幅提升。因此开发稳定的单晶高镍层状正极材料制备方法意义重大。
[0004]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供具有单晶形貌的正极材料及其制备方法、正极以及锂离子电池。
[0006]本专利技术是这样实现的：第一方面，本专利技术提供一种具有单晶形貌的正极材料的制备方法，包括：混料：将前驱体、锂源以及氯化钾混合得到混合物，氯化钾的质量为前驱体和锂源的质量之和的1/3~2倍；一次热处理：将混合物置于温度为850~950℃，且具有氧气的氛围下热处理10~15h；除盐：去除一次热处理后得到的产物中的氯化钾；二次热处理：将去除氯化钾后的产物置于温度为500~750℃，且具有氧气的氛围下热处理4~12h。
[0007]在可选的实施方式中，除盐步骤的具体做法是：将一次热处理后的产物用纯水进行清洗；清洗后干燥。
[0008]在可选的实施方式中，干燥方式为在真空烘干箱中以70℃~90℃的温度干燥24~36h。
[0009]在可选的实施方式中，混料时前驱体中的金属元素与锂源中的锂元素的摩尔比为1:1.30~1.75。
[0010]在可选的实施方式中，前驱体为Ni
x
TM1‑
x
(OH)2，其中TM为Co/Mn/Al中的一种或几种的组合，0.8≤x≤0.9在可选的实施方式中，前驱体为Ni
0.83
Co
0.11
Mn
0.06
(OH)2。
[0011]在可选的实施方式中，锂源为氢氧化锂和一水合氢氧化锂中至少一种。
[0012]第二方面，本专利技术提供一种具有单晶形貌的正极材料，采用如前述实施方式任一项的制备方法制得。
[0013]第三方面，本专利技术提供一种正极，采用如前述实施方式的具有单晶形貌的正极材料制得。
[0014]第四方面，本专利技术提供一种锂离子电池，包括如前述实施方式的正极。
[0015]本专利技术具有以下有益效果：在配锂煅烧阶段引入KCl作为熔盐辅助材料晶体生长，晶体生长完去除氯化钾后，在较低温度二次煅烧后对材料表面结构进行修复，获得了具有单晶形貌的高镍层状正极材料，本专利技术使得正极材料的制造可以在不进行二次粉碎的条件下即可获得分散良好，尺寸均匀的具有单晶形貌的高镍层状正极材料。本方法相较于现有技术显著降低了具有单晶形貌的高镍层状正极材料的生产难度，降低了材料制备的热处理温度，并且减少了后续的粉碎处理过程。可以容易的获得分散良好，尺寸均匀的具有单晶形貌的高镍层状正极材料。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0017]图1为实施例1制得的正极材料的扫描电镜图；图2为实施例1制得的正极材料的X射线衍射仪测试结果图；图3为实施例2制得的正极材料的扫描电镜图；图4为实施例3制得的正极材料的扫描电镜图；图5为实施例4制得的正极材料的扫描电镜图；图6为实施例4制得的正极材料的X射线衍射仪测试结果图；图7为实施例5制得的正极材料的X射线衍射仪测试结果图；图8为对比例1制得的正极材料的扫描电镜图；图9为对比例2制得的正极材料的扫描电镜图；图10为对比例3制得的正极材料的扫描电镜图；图11为对比例4制得的正极材料的扫描电镜图。
具体实施方式
[0018]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0019]下面对本专利技术实施例提供的正极材料及其制备方法、正极以及锂离子电池进行具体说明。
[0020]本专利技术实施例提供的一种具有单晶形貌的正极材料的制备方法，包括：混料：将前驱体、锂源以及氯化钾混合得到混合物，氯化钾的质量为前驱体和锂源的质量之和的1/3~2倍；一次热处理：将混合物置于温度为850~950℃，且具有氧气的氛围下热处理10~15h；除盐：去除一次热处理后得到的产物中的氯化钾；二次热处理：将去除氯化钾后的产物置于温度为500~750℃，且具有氧气的氛围下热处理4~12h。
[0021]本专利技术提供的制备方法，在配锂煅烧阶段引入KCl作为熔盐辅助材料晶体生长，晶体生长完去除氯化钾后，在较低温度二次煅烧后对材料表面结构进行修复，获得了具有单晶形貌的高镍层状正极材料，本专利技术使得正极材料的制造可以在不进行二次粉碎的条件下即可获得分散良好，尺寸均匀的具有单晶形貌的高镍层状正极材料。在本方法中，需要注意的是热处理温度尤为重要，在第一次热处理过程中，如果温度过低，低于或略高于KCl熔盐的熔点，无法将辅助熔盐充分转化为熔融态，进而也就无法很好发挥将固相反应转化为固液两相反应从而促进晶体生长的作用，现阶段的温度设置可以在保证材料形貌/尺寸的基础上实现更低的能耗；在第二次热处理过程中，如果温度过低，则无法起到对材料表面结构进行修复的作用，现阶段的温度设置可以在保证材料结构和性能的基础上实现更低的能耗。
[0022]本方法相较于现有技术显著降低了具有单晶形貌的高镍层状正极材料的生产难度，降低了材料制备的热处理温度，并且减少了后续的粉碎处理过程。可以容易的获得分散良好，尺寸均匀的具有单晶形貌的高镍层状正极材料。
[0023]具体地，制备方法为：S1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有单晶形貌的正极材料的制备方法，其特征在于，包括：混料：将前驱体、锂源以及氯化钾混合得到混合物，氯化钾的质量为所述前驱体和所述锂源的质量之和的1/3~2倍；一次热处理：将所述混合物置于温度为850~950℃，且具有氧气的氛围下热处理10~15h；除盐：去除一次热处理后得到的产物中的氯化钾；二次热处理：将去除氯化钾后的产物置于温度为500~750℃，且具有氧气的氛围下热处理4~12h。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，除盐步骤的具体做法是：将一次热处理后的产物用纯水进行清洗；清洗后干燥。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，干燥方式为在真空烘干箱中以70℃~90℃的温度干燥24~36h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，混料时前驱体中的金属元素与锂源中的锂元素的摩尔比为1:1.30~1.7...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪允，吴锋，苏岳锋，陈来，石奇，聂园林，王政强，张彬，范未峰，
申请(专利权)人：宜宾锂宝新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：