【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池正极材料制备，具体涉及一种高性能的纳米单晶正极材料及其制备方法。
技术介绍
1、随着智能手机、平板电脑、电动汽车等行业的快速发展，人们对锂离子电池的能量密度、安全性能和循环寿命等性能的要求不断提升，待机时间和续航里程成为评估锂电池性能的重要因素。
2、目前商业化的锂离子电池正极材料大多是由纳米级的一次颗粒组成的微米级二次球形颗粒团聚体。在团聚体中，存在大量晶界，如果一次颗粒之间空隙较多时，材料的比表面积增大，与电解液的接触面积增加，导致循环容量的衰减；其次，球形二次颗粒团聚体的机械强度不高，在较高压力下，造成二次颗粒破碎，从而导致电化学性能下降；另外，团聚体材料的热稳定性不佳，对电池安全性产生隐患。
3、然而，单晶材料内部不存在晶界以及界面应力等不稳定影响因素，具备较高的机械强度和结构稳定性的特点，可以解决电池长久以来面对的产气、长循环和热稳定性等问题，可以在高电压电解液体系中应用，大幅度地提升了电池的循环稳定性和安全性。
4、但是单晶正极材料也存在很多不足：（1）前驱体破碎时，会存在破碎时间长、能耗高、破碎不完全、一次颗粒大小不均等现象，严重影响单晶材料的形貌，导致在充放电过程中锂离子脱嵌程度不同，影响其循环稳定性；（2）单晶材料较大的粒径会导致在充放电过程中，锂离子扩散和迁移的通道较长，同时颗粒本身较差的电子电导，会导致单晶正极材料的倍率性能较差；（3）单晶材料在合成过程中周期长、能耗高。因此，针对这些问题，目前单晶正极材料的制备工艺需要进一步改进，
>技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题在于提供一种高性能的纳米单晶正极材料及其制备方法，本专利技术利用液氮球磨法-放电等离子体烧结技术，制备具有低能耗、生产周期短、容量高、循环稳定性强和倍率性能好的纳米级锂离子电池的正极材料。
2、本专利技术提供一种高性能的纳米单晶正极材料的制备方法，包括以下步骤：
3、步骤1：将二次球形前驱体进行低温球磨，得到粒度均匀的纳米级一次颗粒前驱体ⅰ；
4、步骤2：将植酸分散于非水性溶剂中形成溶液a；加入适量的纳米铝粉于a溶液中，搅拌均匀，形成胶体溶液b；
5、步骤3：将一次颗粒前驱体ⅰ与锂源，在高混机中混合均匀，再加入胶体溶液b，混匀后，干燥，得到包覆改性后颗粒强度高的前驱体ⅱ；
6、步骤4：将前驱体ⅱ置于石墨模具中，放入放电等离子体烧结炉的炉腔内，在真空、惰性气氛下进行烧结，并粉碎、过筛制备成高性能的纳米单晶正极材料。
7、进一步，所述二次球形前驱体为锂离子电池正极材料前驱体：nixcoymn1-x-yco3或nixcoymn1-x-y(oh)2，其中0≤x≤1.0，0≤y≤ 1.0，x+y≤ 1.0。
8、进一步，所述球磨是在液氮行星式球磨机中进行，球料比为17~20：1，液氮占球磨罐体积的50%~65%，球磨速度200~400rpm，球磨时间0.5~2h。
9、进一步，所述植酸为质量分数为60~70％的植酸溶液；所述植酸的摩尔量与前驱体ⅰ中的过渡金属总摩尔量的比为1：（3~7）；所述非水性溶剂均为乙醇、甲醇、异丙醇、乙二醇中的任意一种。
10、进一步，所述纳米铝粉用量为前驱体ⅰ质量分数的0.5~1.5%，所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂、醋酸锂、氯化锂等，其中锂元素与前驱体ⅰ中的过渡金属总摩尔数的摩尔比为（1.05~1.2）：1。
11、进一步，所述高混机转速为20~50hz，混合时间为4~12min；所述放电等离子体烧结炉的条件为：烧结压力40～60mpa、烧结温度800~900℃、烧结时间6～8min。
12、本专利技术还提供一种高性能的纳米单晶正极材料，使用上述的方法制备得到。
13、有益效果
14、利用液氮球磨法对二次球形前驱体进行破碎，液氮可使球形颗粒在低温下脆化，在外力作用下易破碎，提高球形颗粒的破碎效率，减少球磨时间，且得到的颗粒更均匀。
15、（2）植酸溶液与纳米铝粉形成胶体溶液，不仅有助于提高前驱体ⅰ颗粒的强度和缓解团聚问题，还可以作为包覆液对前驱体进行改性，在材料表面形成磷酸锂、偏铝酸锂包覆层作为快离子导体，有助于促进锂离子扩散，同时植酸自身发生碳化，也可作为保护层，都可抑制电解液与活性材料之间有害的副反应；同时，植酸呈酸性，与过渡金属有较强的螯合能力，可以有效抑制在电池充放电过程中过渡金属离子的溶出，酸性溶液还能降低材料的ph值，降低纳米单晶材料表面残锂量。
16、（3）利用放电等离子体烧结技术的等离子体的活化和快速升温烧结的综合作用处理前驱体，等离子体对过渡金属氧化物进行活化，引入氧空位，提高纳米单晶正极材料表面的导电性；具有快速升温烧结、加热均匀、生产周期短、节能等优点，抑制晶粒的长大，有助于实现单晶材料的纳米化、颗粒均匀、振实密度高、电化学性能好的特点。
17、（4）制备得到的纳米级单晶正极材料的振实密度大幅度地提升，显著提升了材料的体积能量密度。
18、（5）制备得到的纳米级单晶正极材料，颗粒粒径小且均匀，大大缩短了锂离子在电池充放电过程中嵌入和脱出的扩散通道，从而有效改善了材料的倍率性能。
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1.一种高性能的纳米单晶正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种高性能的纳米单晶正极材料的制备方法，其特征在于，
3.如权利要求1所述的一种高性能的纳米单晶正极材料的制备方法，其特征在于，
4.如权利要求1所述的一种高性能的纳米单晶正极材料的制备方法，其特征在于，
5.如权利要求1所述的一种高性能的纳米单晶正极材料的制备方法，其特征在于，
6.如权利要求1所述的一种高性能的纳米单晶正极材料的制备方法，其特征在于，
7.一种高性能的纳米单晶正极材料，使用权利要求1-6所述的方法制备得到。
【技术特征摘要】
1.一种高性能的纳米单晶正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种高性能的纳米单晶正极材料的制备方法，其特征在于，
3.如权利要求1所述的一种高性能的纳米单晶正极材料的制备方法，其特征在于，
4.如权利要求1所述的一种高性能的纳米...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨炎革，张笑园，康云，苗超林，李向南，
申请(专利权)人：河南众新储能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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