[發明專利]一種高容量高穩定性高鎳單晶材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202011588056.5
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112678884A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 陳瑞達;呂菲;徐寧;吳孟濤;張玉偉;付佳莉;于利梅
• 申請（專利權）人: 天津巴莫科技有限責任公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種高容量高穩定性高鎳單晶材料及其制備方法，包括如下步驟：(1)將前驅體、鋰源與添加劑加入混合溶液中，攪拌后得到均勻的混合物；(2)將所述的混合物在氧氣氣氛中進行多段燒結，得到固體料塊；(3)將所述的固體料塊進行鄂破、對輥得到物料顆粒，然后進行破碎得到一次燒結過程料；(4)將所述的一次燒結過程料水洗、烘干、過篩，然后與所述的添加劑混合、焙燒后得到所述的高容量高穩定性高鎳單晶材料。本發明所述的高容量高穩定性高鎳單晶材料的制備方法在電池循環過程中，能夠有效保持結構穩定性，有效提高鋰離子二次電池的循環性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，尤其是涉及一種高容量高穩定性高鎳單晶材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池是一種高效的能量轉化器件，在能量密度、循環壽命、工作電壓等方面都具有顯著優勢，因而廣泛應用于民用電池領域(如移動設備電源、動力汽車等)以及航空航天和軍事領域(如鋰電池客機、鋰電池潛艇等)。鋰電池正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳酸鋰等，實際容量分別可以達到150mAh/g、100mAh/g、170mAh/g、200mAh/g左右。其中，層狀三元高鎳鋰過渡金屬氧化物LiNi1-xMxO2(M＝過渡金屬)比容量較高、自放電率較低、成本較低，受到了廣泛研究和應用。然而，高鎳材料的循環性能較差，在充放電的過程中容易發生材料結構的變形，限制了其在動力電池等領域的應用。

三元材料大多為由一次粒子團聚形成的二次球形顆粒材料，在高電壓下，經過多個周期的循環,二次粒子很容易粉化，相反應界面增大，從而產生一系列的副反應，進而影響材料的容量和安全性能。單晶三元材料是一種主要的解決方法。

單晶材料的制備過程包括前驅體和鋰源混合、燒結、水洗等流程，燒結反應是其中的關鍵步驟。但目前在進行燒結反應時容易發生難以充分反應、加熱不均勻的現象。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在克服現有技術中的缺陷，提出一種高容量高穩定性高鎳單晶材料及其制備方法。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種高容量高穩定性高鎳單晶材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將前驅體、鋰源與添加劑加入混合溶液中，攪拌后得到均勻的混合物；

(2)將所述的混合物在氧氣氣氛中進行多段燒結，得到固體料塊；

(3)將所述的固體料塊進行鄂破、對輥得到物料顆粒，然后進行破碎得到一次燒結過程料；

(4)將所述的一次燒結過程料水洗、烘干、過篩，然后與所述的添加劑混合、焙燒后得到所述的高容量高穩定性高鎳單晶材料；

所述的步驟(2)中的多段燒結步驟的具體步驟為：將所述的混合物置于氣體流量為600Nm³/h、氧含量為27-99.99％的氣氛中，在反應溫度分別為200-300℃、300-400℃、400-500℃、500-600℃與600-700℃的溫度段內分步進行焙燒，當溫度低于500度時，反應時間為1-3h，當溫度高于600度時，反應時間為4-6h，當溫度在700-1000℃內選擇1個反應溫度作為燒結溫度，反應10-24h。

進一步，所述的步驟(1)中的前驅體、鋰源與添加劑的質量比為1：0.8-1.8：0.002-0.008；所述的步驟(1)中的混合溶液為乙醇與水的組合，乙醇與水的體積比為＝0-1：1；所述的步驟(1)中的前驅體、鋰源與添加劑的質量之和與混合溶液的質量比為50-80％:1；所述的步驟(1)中的攪拌步驟具體為：攪拌的次數為1-5次，單次攪拌的時間為0.1-3h。