【技术实现步骤摘要】
本专利技术锂离子电池，具体而言，涉及一种单晶正极材料及其制备方法、锂离子电池。
技术介绍
1、近几年，新能源快速发展，锂离子电池因为具备低成本、制备方法简单、性能优异等特点备受关注，在锂离子电池烧结过程中，材料相结构变化，会出现阳离子混排、空洞、杂质相等缺陷，从而影响材料的循环性能和产气。
技术实现思路
1、因此，本专利技术提供一种单晶正极材料及其制备方法、锂离子电池，通过改善单晶正极材料制备工艺，提高生产效率并降低成本，通过提高单晶分离度从而提高材料循环性能和产气。
2、为此，本专利技术的第一目的在于提供一种单晶正极材料；
3、本专利技术的第二目的在于提供一种单晶正极材料的制备方法；
4、本专利技术的第三目的在于提供一种锂离子电池；
5、为实现本专利技术的第一目的，本专利技术提供一种单晶正极材料，单晶正极材料包括：核层，核层包括li、ni、掺杂元素a组成的氧化物；壳层，壳层覆盖核层的至少部分表面，且壳层包括包覆元素l组成的化合物；其中，核层为litmo2层状结构；单晶正极材料包括单个一次颗粒；单晶正极材料的平均单晶尺寸d的范围在1.3μm-3.0μm之间；单晶正极材料的dmin＞1.1μm；1.0＜d50/d＜2.0；单晶正极材料的分离度为1.0＜z＜1.3；在3.0-4.35v测试电压45℃下循环400圈后，所述单晶正极材料的疲劳杂质相占比不超过10％；掺杂元素a包括zr、al、w、sr、ti、mg、ca、y、nb、mo、ce中的
6、与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：核层包括li、ni、掺杂元素a组成的氧化物，ni有利于单晶生长，li从化学电势较高的插层材料电极向电势较低的电极移动，形成电流以供输出使用；掺杂元素a能替代部分过渡金属元素，形成更稳定的金属-氧键，使结构变化更小，能够抑制循环过程中氧气的释放；核层包括单个一次颗粒，较大的单晶一次颗粒能够更好的阻碍电解液腐蚀，表现出更高的循环和产气性能。
7、壳层覆盖核层的至少部分表面，壳层包括包覆元素l组成的化合物，壳层可以耐电解液腐蚀，增加单晶正极材料的使用寿命；
8、其中单晶正极材料的分离度z是通过d50/d得到，当分离度的范围落入1.0＜z＜1.3时，能够使单晶颗粒相对分离，获得的单晶材料性能最佳。
9、正极材料在循环过程中会经历表面析氧及过渡金属迁移，使得材料表面发生结构变化，由最初的层状结构转变为岩盐相或类尖晶石相。这种表面重构层的存在不仅直接增大了材料阻抗，还限制相邻处活性相的晶格“呼吸”，抑制该活性相的容量发挥，上述重构层及其相邻受损活性相统称为疲劳相。循环材料结构损伤相对较轻，则其疲劳相含量较少，容量损失也较少，因此在3.0-4.35v测试电压45℃下循环400圈后，单晶正极材料的疲劳杂质相占比不超过10％，此时单晶正极材料的循环性能最佳。
10、更进一步的，首先将前驱体、锂盐和掺杂剂混合，进行预烧结处理得到第一氧化物，通过促进锂离子提前进入单晶正极材料，抑制亚稳态尖晶石相生成，从而减少单晶正极材料的li/ni混排和杂相生成；同时降低掺杂能垒，提高掺杂元素对结构的稳定效果。
11、在本专利技术的一个技术方案中，核层的d50范围为2μm-6μm；和/或壳层的厚度为1nm-100nm，使其多晶正极材料的尺寸最小，从而得到单晶的生成率。
12、为实现本专利技术的第二目的，本专利技术提供一种单晶正极材料的制备方法，
13、单晶正极材料包括：核层，核层包括li、ni、掺杂元素a组成的氧化物；壳层，壳层覆盖核层的至少部分表面，且壳层包括包覆元素l组成的化合物；其中，核层为litmo2层状结构；单晶正极材料包括单个一次颗粒；单晶正极材料的平均单晶尺寸d的范围在1.3μm-3.0μm之间；单晶正极材料的dmin＞1.1μm；1.0＜d50/d＜2.0；单晶正极材料的分离度为1.0＜z＜1.3；掺杂元素a包括zr、al、w、sr、ti、mg、ca、y、nb、mo、ce中的至少一种；包覆元素l包括li、al、ti、mg、w、b中的至少一种；
14、制备方法包括如下步骤：
15、s100、将前驱体、锂盐和含掺杂元素a的掺杂剂混合，进行预烧结处理得到第一氧化物；
16、s200、将第一氧化物与助溶剂混合后进行预解离处理，得到第一解离物；
17、s300、将第一解离物依次进行一次烧结处理、解离处理，得到第二氧化物；
18、s400：将第二氧化物与含包覆元素l的包覆剂再次混合，进行二次烧结处理，得到单晶正极材料；
19、其中，预烧结处理与一次烧结处理均采用二段烧结进行。
20、与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：首先将前驱体、锂盐和掺杂剂混合，进行预烧结处理得到第一氧化物，通过促进锂离子提前进入单晶正极材料，抑制亚稳态尖晶石相生成，从而减少单晶正极材料的li/ni混排和杂相生成；同时降低掺杂能垒，提高掺杂元素对结构的稳定效果；而预烧结处理中一段温区的升温速率高于二段温区的升温速率，一段温区的温度低于二段温区的温度，一段温区的时间少于二段温区的时间；先以较快温度升至锂盐和前驱体脱水温度，保持一段时间使得吸附水和结晶水从材料中大幅脱出，增加材料的密度，使得有效锂盐和前驱体紧密接触；然后保持较低的升温速率和一定的保温时间，使得锂离子能充分进入前驱体层状结构中，避免过烧造成杂质相产生。
21、其次，将第一氧化物与助溶剂混合后进行预解离处理，得到第一解离物，通过解离处理，提前降低材料聚集程度，提高材料烧结均匀性，即使锂盐与材料充分反应，改善锂化效果；可降低后续材料破碎强度，避免造成一次颗粒受损和细粉产生，提高材料圆润性，对后续步骤也能得到强化，使得单晶正极材料长循环性能得到进一步强化；同时降低热解温度，减少锂盐挥发和热能消耗，降低成本，提高材料性能。
22、将第一解离物进行一次烧结处理、解离处理，得到第二氧化物，由于前驱体和锂盐反应的失水作用，使得材料密度增加，在一次高温烧结时能够提高装料量，从而使得产能大幅提升；同时较低的烧结温度能够减少锂挥发，降低锂损耗，节约成本；而一次烧结处理中一段温区的升温速率高于二段温区的升温速率，一段温区的温度低于二段温区的温度，一段温区的时间少于二段温区的时间，首先一段温区以快速的升温速率升高至预烧结处理给定稳定，可以节约烧结时间，降低成本；然后再以低于一段温区的二段温区的升温速率升温并保持在该烧结温度下，使得材料充分理化和长大，结晶度进一步提高；而解离处理可以增加第二氧化物的比表面积，使其在二次烧结处理时，包覆的效果更好，且经过预解离处理后的在进行解离处理得到的第二氧化物，颗粒大小均匀，不易产生细粉，材料圆润性高，最后获得的单晶正极材料的各项性能好。
23、最后，通过包覆剂第二氧化物二次烧结处理，外壳形成耐电解液腐蚀的钝化层，从而得本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种单晶正极材料，其特征在于，所述单晶正极材料包括：
2.根据权利要求1所述的单晶正极材料，其特征在于，
3.一种单晶正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述S100中：
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述S200中：
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述S300中：
9.根据权利要求3所述的制备方法，在所述S400中，
10.一种锂离子电池，其特征在于，包含如权利要求3-9中任一项所述制备方法制得的单晶正极材料。
【技术特征摘要】
1.一种单晶正极材料，其特征在于，所述单晶正极材料包括：
2.根据权利要求1所述的单晶正极材料，其特征在于，
3.一种单晶正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，
6.根据权利要求3所述的制备...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓明，高爽，胡平平，花彬昌，张媛媛，刘志远，
申请(专利权)人：宁波容百新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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