一种单晶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正极材料及其制备方法和应用，所述单晶正极材料的体积和数量分布满足关系式：

【技术实现步骤摘要】
一种单晶正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电池材料领域，涉及一种单晶正极材料及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]近年来，新能源汽车对动力电池能量密度的要求越来越高，部分厂商通过提高镍含量，提高电压来满足市场需求，但对于镍钴锰酸锂等三元正极材料随镍含量提高，虽放电比容量也会提高，但循环性能会降低，产气会提高，尤其是多晶正极材料循环性能降低程度更大且产气更多
。
[0003]在兼顾高能量密度高循环低产气的需求下，大多厂商采用纯单晶正极材料，单晶正极材料相对多晶结构更稳定，循环性能较好
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种单晶正极材料及其制备方法和应用，本专利技术通过控制单晶正极材料的粒度体积分布和数量分布来提高单晶正极材料制作软包的电性能以及降低
DCR
和产气，解决了单晶正极材料由于副反应较多，导致的电芯产气增多，降低电芯循环性能的问题，同时保证材料的
DCR
较低，提高放电比容量和循环性能
。
[0005]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种单晶正极材料，所述单晶正极材料的体积和数量分布满足关系式：
S
＝
(D
v
1*D
n
1+D
v
5*D
n
5)/(D
v
50*D
n
50+D
v
95*D
n
95)
，其中，
0.04≤S≤0.042(
例如：
0.04、0.0405、0.041、0.0415
或
0.042
等
)
，
D
v
1、D
v
5、D
v
50
和
D
v
95
分别为所述单晶正极材料的体积分布百分数达到1％
、5
％
、50
％和
95
％时对应的粒径，
D
n
1、D
n
5、D
n
50
和
D
n
95
分别为所述单晶正极材料的数量分布百分数达到1％
、5
％
、50
％和
95
％时对应的粒径
。
[0007]本专利技术通过控制单晶正极材料的粒度体积分布和数量分布来提高单晶正极材料制作软包的电性能以及降低
DCR
和产气，
0.04≤S≤0.042
时，单晶正极材料中粒径较小的颗粒和粒度较大的颗粒相对较少，用该材料制作的电芯与电解液副反应较少且
DCR
较低，有利于降低产气，同时提高放电比容量和循环性能
(
粒度小且数量少时，锂离子在正极材料内部的传输路径较短，传输阻力较小，放电比容量较高和
DCR
较低，但粒度过小，数量过多，将导致正极材料与电解液接触面积较大，副反应多，产气较高，循环较差；反之粒度过大，锂离子在正极材料内部的传输路径较长，传输阻力较大，放电比容量较低和
DCR
较高，虽正极材料与电解液接触面积减少，产气会少，但因
DCR
较高，会使电压快速达到截止电压，也会降低循环性能
)。
[0008]优选地，所述单晶正极材料包括内核和设置于所述内核表面的复合包覆层
。
[0009]优选地，所述内核的化学式为
Li
x
Ni
a
Co
b
Mn
c
M
m
，其中，
M
包括
Zr
和
/
或
Al
，
0.94≤a≤0.99、0.01≤b≤0.04、0.01≤c≤0.4
，
a+b+c
＝1，
1.02≤x≤1.08
，例如：
1.02、1.03、1.05、1.06
或
1.08
等，
0.002≤m<0.004
，例如：
0.002、0.0025、0.003、0.0035
或
0.004
等
。
[0010]优选地，所述复合包覆层包括
Zr
‑
Co
‑
B
共包覆层
。
[0011]优选地，所述内核中
Zr
元素的掺杂量为
1000
～
2000ppm
，例如：
1000ppm、1200ppm、1500ppm、1800ppm
或
2000ppm
等
。
[0012]优选地，所述内核中
Al
元素的掺杂量为
1000
～
2000ppm
，例如：
1000ppm、1200ppm、1500ppm、1800ppm
或
2000ppm
等
。
[0013]优选地，所述复合包覆层中
Zr
元素的包覆量为
1000
～
2000ppm
，例如：
1000ppm、1200ppm、1500ppm、1800ppm
或
2000ppm
等
。
[0014]优选地，所述复合包覆层中
Co
元素的掺杂量为
10000
～
12000ppm
，例如：
10000ppm、11200ppm、11500ppm、11800ppm
或
12000ppm
等
。
[0015]优选地，所述复合包覆层中
B
元素的掺杂量为
250
～
500ppm
，例如：
250ppm、300ppm、400ppm、450ppm
或
500ppm
等
。
[0016]本专利技术所述各种元素的掺杂量均为相较于内核材料的掺杂量
。
[0017]第二方面，本专利技术提供了一种如第一方面所述单晶正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0018](1)
将单晶前驱体
、
掺杂剂和锂源混合，经一步烧结后，粉碎得到粉料；
[0019](2)
将所述粉料和包覆剂混合，经二步烧结得到所述单晶正极材料
。
[0020]优选地，步骤
(1)
所述，所述掺杂剂包括纳米氧化锆和
/
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种单晶正极材料，其特征在于，所述单晶正极材料的体积和数量分布满足关系式：
S
＝
(D
v
1*D
n
1+D
v
5*D
n
5)/(D
v
50*D
n
50+D
v
95*D
n
95)
，其中，
0.04≤S≤0.042
，
D
v
1、D
v
5、D
v
50
和
D
v
95
分别为所述单晶正极材料的体积分布百分数达到1％
、5
％
、50
％和
95
％时对应的粒径，
D
n
1、D
n
5、D
n
50
和
D
n
95
分别为所述单晶正极材料的数量分布百分数达到1％
、5
％
、50
％和
95
％时对应的粒径
。2.
如权利要求1所述的单晶正极材料，其特征在于，所述单晶正极材料包括内核和设置于所述内核表面的复合包覆层；优选地，所述内核的化学式为
Li
x
Ni
a
Co
b
Mn
c
M
m
，其中，
M
包括
Zr
和
/
或
Al
，
0.94≤a≤0.99、0.01≤b≤0.04、0.01≤c≤0.4
，
a+b+c
＝1，
1.02≤x≤1.08
，
0.002≤m<0.004
；优选地，所述复合包覆层包括
Zr
‑
Co
‑
B
共包覆层
。3.
如权利要求2所述的单晶正极材料，其特征在于，所述内核中
Zr
元素的掺杂量为
1000
～
2000ppm
；优选地，所述内核中
Al
元素的掺杂量为
1000
～
2000ppm
；优选地，所述复合包覆层中
Zr
元素的包覆量为
1000
～
2000pp...

【专利技术属性】
技术研发人员：白艳，马艳梅，崔军燕，李子郯，王涛，杨红新，
申请(专利权)人：锂白新材料科技江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：