【技术实现步骤摘要】
本申请涉及二次电池，具体涉及一种单晶镍钴锰三元材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着新能源的发展，锂离子电池发展迅速，在锂离子电池材料中，正极材料作为重要的关键材料之一，对决定电池的性能具有重要意义。镍钴锰三元(nmc)锂电池材料因其具有低成本，高安全性，环境友好等优势而被广泛的应用。
2、镍钴锰三元正极材料可分为多晶和单晶两类，多晶材料是以微米级别团聚体的形式存在，内部存在大量晶界，在电池充放电过程中，由于各向异性的晶格变化，多晶材料容易出现晶界开裂，导致二次颗粒发生破碎，从而导致正极材料与电解液之间副反应快速增加，使其阻抗上升，电性能快速下降等问题。
3、单晶颗粒，由于晶界较少，可以有效改善上述传统多晶材料的缺陷。但是，单晶材料在循环过程中会出现平面滑移和扭曲开裂，也会导致循环性能的下降。因此，单晶镍钴锰三元材料的结构稳定性和循环稳定性有待进一步提升。
技术实现思路
1、本申请提供了一种单晶镍钴锰三元材料及其制备方法和应用，以解决单晶镍钴锰三元材料结构稳定性和循环稳定性方面的问题，由于单晶材料在循环过程中出现平面滑移和扭曲开裂与材料的位错密度有关，本申请通过降低单晶材料位错密度来改善单晶材料在循环过程中平面滑移导致的单晶晶内开裂等结构破坏问题，提高材料结构稳定性和循环稳定性。
2、第一方面，本申请提供一种单晶镍钴锰三元材料，所述单晶镍钴锰三元材料的位错密度为5.0×1010cm-2以下，化学组成为：liznixcoymn1-x-ymbo
3、在一些实施方式中，m包括化合价在四价以上的金属元素，所述化合价在四价以上的金属元素包括sb、mo、sm、zr、ti、ta、w、nb元素中的一种或几种；
4、和/或，所述单晶镍钴锰三元材料的位错密度为1.0×109cm-2～5.0×1010cm-2；可选地为1.0×109cm-2～3.0×1010cm-2。
5、在一些实施方式中，所述m还包括al、ce、sr、mg、si、la、ba、co、cr、ca、y、in、sn、f、p、b元素中的一种或几种。
6、在一些实施方式中，单晶镍钴锰三元材料的dv50粒径为2μm～5μm，单晶颗粒尺寸为0.5μm～3μm。
7、在一些实施方式中，化学组成中，0.0003＜b≤0.01；
8、和/或，所述m包括nb、sb、mo中的一种或几种；
9、和/或，所述的单晶镍钴锰三元材料的dv50粒径为3μm～4.5μm；
10、和/或，所述的单晶镍钴锰三元材料单晶颗粒尺寸为1μm～2μm；
11、和/或，所述单晶镍钴锰三元材料的比表面积为0.3m2/g～1.5m2/g；
12、和/或，所述单晶镍钴锰三元材料的振实密度≥1.2g/cm3。
13、在一些实施方式中，所述单晶镍钴锰三元材料的表面还含有包覆剂，所述包覆剂包括含有包覆元素ti、mg、w、al、ce、co、f、p和b元素中的一种或几种的化合物；
14、所述包覆剂中包覆元素的质量占单晶镍钴锰三元材料中三元活性组分质量的0.01wt％～1wt％。
15、第二方面，本申请提供一种上述的单晶镍钴锰三元材料的制备方法，包括如下步骤：
16、s1，按照化学计量比将三元正极材料前驱体、锂源和含有元素m的化合物混合；
17、s2，将步骤s1得到的混合物料进行一次烧结，所述一次烧结为梯度烧结，包括预脱水段，预烧结段，相形成段，晶粒生长段，相保留段和退火段；
18、其中，所述预脱水段温度为200℃～300℃；预烧结段温度为400℃～600℃；相形成段温度为700℃～850℃；晶粒生长段温度为800℃～950℃；相保留段温度为700℃～850℃；退火段温度为600℃～700℃；相邻的两个烧结阶段的烧结温度至少相差50℃；
19、s3，将步骤s2所得一次烧结后产物破碎，二次烧结，得到所述单晶镍钴锰三元材料。
20、在一些实施方式中，所述预脱水段烧结时间为1h～3h；
21、和/或，所述预烧结段烧结时间为1h～4h；
22、和/或，所述相形成段烧结时间为4h～6h；
23、和/或，所述晶粒生长段烧结时间为2h～4h；
24、和/或，所述相保留段烧结时间为6h～10h；
25、和/或，所述退火段烧结时间为4h～6h。
26、在一些实施方式中，所述预脱水段的升温速率为3℃/min～5℃/min；
27、和/或，所述预烧结段的升温速率为3℃/min～5℃/min；
28、和/或，所述相形成段的升温速率为0.1℃/min～0.5℃/min；
29、和/或，所述晶粒生长段的升温速率为3℃/min～5℃/min；
30、和/或，所述相保留段的降温速率为3℃/min～5℃/min；
31、和/或，所述退火段的降温速率为1℃/min～5℃/min。
32、在一些实施方式中，还包括在二次烧结之前加入包覆剂的步骤；
33、和/或，所述一次烧结和二次烧结的气氛为含氧气氛。
34、在一些实施方式中，所述二次烧结的温度为300℃～650℃，烧结时间为2h～8h；
35、和/或，所述三元正极材料前驱体的比表面积为5m2/g～20m2/g，dv50粒径为3μm～5μm；
36、和/或，所述锂源包括碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂、氧化锂、醋酸锂、草酸锂中的一种或多种。
37、第三方面，本申请提供一种上述的单晶镍钴锰三元材料或上述的制备方法制备得到的单晶镍钴锰三元材料作为正极活性材料的应用。
38、第四方面，本申请提供一种正极极片，包括：
39、正极集流体，和
40、设置于所述正极集流体至少一侧的正极活性材料层，所述正极活性材料层包括上述的单晶镍钴锰三元材料或上述的制备方法制备得到的单晶镍钴锰三元材料。
41、第五方面，本申请提供一种二次电池，包括上述的正极极片。
42、第六方面，本申请提供一种用电装置，包括上述的二次电池。
43、本申请技术方案，具有如下优点：
44、本申请提供的单晶镍钴锰三元材料，所述单晶镍钴锰三元材料的位错密度为5.0×1010cm-2以下，化学组成为：liznixcoymn1-x-ymbo2，其中，0.5≤x≤0.96，0.02≤y≤0.2，0.9≤z≤1.1，0＜b≤0.01，m为掺杂元素。本申请通过降低单晶材料位错密度来改善单晶材料在循环过程中平面滑移导致的单晶晶内开裂等结构破坏问题，提高材料结构稳定性和循环稳定性。具体地，位错密度在该范围内的单晶三元正极材料，一方面可以有效抑制单本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种单晶镍钴锰三元材料，其特征在于，所述单晶镍钴锰三元材料的位错密度为5.0×1010cm-2以下，化学组成为：LizNixCoyMn1-x-yMbO2，其中，0.5≤x≤0.96，0.02≤y≤0.2，0.9≤z≤1.1，0.0001＜b≤0.01，M为掺杂元素。
2.根据权利要求1所述的单晶镍钴锰三元材料，其特征在于，M包括化合价在四价以上的金属元素，所述化合价在四价以上的金属元素包括Sb、Mo、Sm、Zr、Ti、Ta、W、Nb元素中的一种或几种；
3.根据权利要求2所述的单晶镍钴锰三元材料，其特征在于，所述M还包括Al、Ce、Sr、Mg、Si、La、Ba、Co、Cr、Ca、Y、In、Sn、F、P、B元素中的一种或几种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的单晶镍钴锰三元材料，其特征在于，单晶镍钴锰三元材料的Dv50粒径为2μm～5μm，单晶颗粒尺寸为0.5μm～3μm。
5.根据权利要求4所述的单晶镍钴锰三元材料，其特征在于，化学组成中，0.0003＜b≤0.001；
6.根据权利要求1-3任一项所述的单晶镍钴锰
7.一种权利要求1-6任一项所述的单晶镍钴锰三元材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的单晶镍钴锰三元材料的制备方法，其特征在于，所述预脱水段烧结时间为1h～3h；
9.根据权利要求7所述的单晶镍钴锰三元材料的制备方法，其特征在于，所述预脱水段的升温速率为3℃/min～5℃/min；
10.根据权利要求7-9任一项所述的单晶镍钴锰三元材料的制备方法，其特征在于，还包括在二次烧结之前加入包覆剂的步骤；
11.根据权利要求7-9任一项所述的单晶镍钴锰三元材料的制备方法，其特征在于，所述二次烧结的温度为300℃～650℃，烧结时间为2h～8h；
12.一种权利要求1-6任一项所述的单晶镍钴锰三元材料或权利要求7-11任一项所述的制备方法制备得到的单晶镍钴锰三元材料作为正极活性材料的应用。
13.一种正极极片，其特征在于，包括：
14.一种二次电池，其特征在于，包括权利要求13所述的正极极片。
15.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求14所述的二次电池。
...【技术特征摘要】
1.一种单晶镍钴锰三元材料，其特征在于，所述单晶镍钴锰三元材料的位错密度为5.0×1010cm-2以下，化学组成为：liznixcoymn1-x-ymbo2，其中，0.5≤x≤0.96，0.02≤y≤0.2，0.9≤z≤1.1，0.0001＜b≤0.01，m为掺杂元素。
2.根据权利要求1所述的单晶镍钴锰三元材料，其特征在于，m包括化合价在四价以上的金属元素，所述化合价在四价以上的金属元素包括sb、mo、sm、zr、ti、ta、w、nb元素中的一种或几种；
3.根据权利要求2所述的单晶镍钴锰三元材料，其特征在于，所述m还包括al、ce、sr、mg、si、la、ba、co、cr、ca、y、in、sn、f、p、b元素中的一种或几种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的单晶镍钴锰三元材料，其特征在于，单晶镍钴锰三元材料的dv50粒径为2μm～5μm，单晶颗粒尺寸为0.5μm～3μm。
5.根据权利要求4所述的单晶镍钴锰三元材料，其特征在于，化学组成中，0.0003＜b≤0.001；
6.根据权利要求1-3任一项所述的单晶镍钴锰三元材料，其特征在于，所述单晶镍钴锰三元材料的表面还含有包覆剂，所述包覆剂包括含有包...
【专利技术属性】
技术研发人员：马晓晨，王晓江，王霞霞，李心雨，王丽萍，
申请(专利权)人：万华化学烟台电池材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。