[發明專利]單晶三元正極材料及其制備方法和鋰離子電池

有效

• 申請號: 201710652580.6
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN107482192B
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 孔令涌;尚偉麗;陳俊奇;李潔鳳
• 申請（專利權）人: 深圳市德方納米科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所 44237
• 代理人: 左光明

本發明公開了一種單晶三元正極材料及其制備方法和鋰離子電池。本發明單晶三元正極材料制備方法包括的步驟有：制三元源材料的混合物溶液、由三元源材料的混合物溶液制備三元前驅體、將所述前驅體進行燒結處理。鋰離子電池的正極材料為本發明單晶三元正極材料。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種單晶三元正極材料及其制備方法和鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池作為一種新型的綠色電源，具有比能量高、自放電小、開路電壓高、無記憶效應、循環壽命長、無環境污染等優點，因此被廣泛用做手機、筆記本電腦、數碼相機等電子產品的電源；同時，鋰離子電池也是電動汽車電源，又是太陽能類再生能源的儲能電源。

鋰離子電池產業中的核心環節是電池材料的制造，電池性能在很大程度上依賴于正極材料的性能，其中，鎳鈷錳三元材料是新一代鋰離子正極材料研究的熱點之一。

目前，現有制備鎳鈷錳三元材料當前合成三元正極材料的主要方法以固相合成為主，該方法具有設備簡單、易于產業化等優點，但是該合成過程能耗大、效率低、易混入雜質、電化學性能欠佳。

基于固相合成法的缺陷，隨之出現采用共沉淀法一步合成單晶三元材料。該共沉淀法一般都是先將鎳源、鈷源、錳源三種原料先共沉淀反應制備混合物后，再加入鋰源混合，后期會經過燒結工序，步驟繁瑣，條件不易控制，制備的三元材料性能不穩定，且成本很高。

目前也出現了將鋰源、鎳源、鈷源、錳源等一起制備前驅體的共沉淀法制備三元材料，雖然在一定程度上簡化了共沉淀法的工藝步驟，但是該方法中運用的間苯二酚和甲醛有毒，而且制備的三元材料10C下放電比容量僅有141.7mAh/g。而且現有共沉淀技術通常是將前驅體經過球磨破碎，并添加有機物、氧化物等燒結等過程進行處理，工藝繁瑣，耗能較大，且燒結所得的類球形二次顆粒大小均勻性欠佳。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種單晶三元正極材料及其制備方法，以解決現有共沉淀法制備三元正極材料存在的工藝復雜，制備的三元正極材料顆粒均勻性和電比容量不理想的技術問題。

本發明另一目的在于提供一種鋰離子電池，以解決現有三元鋰離子電池比容量低的技術問題。

為了實現上述發明目的，本發明一方面，提供了一種單晶三元正極材料的制備方法，所述單晶三元正極材料的制備方法包括如下步驟：

將鋰源、鎳源、鈷源、錳源與絡合劑配制成混合物溶液；

將所述混合物溶液進行絡合結晶處理，得到單晶三元正極材料的前驅體；

將所述前驅體進行燒結處理；

其中，所述燒結處理的工藝條件如下：

先以1-5℃/min升溫300-500℃，保溫處理后，于1-20℃/min升溫至600℃-1000℃，二次保溫處理。

本發明另一方面，提供了一種單晶三元正極材料。所述單晶三元正極材料其由本發明單晶三元正極材料制備方法制備而成。

本發明另一方面，提供了一種鋰離子電池，所述鋰離子電池。所述鋰離子電池包括正極，所述正極包括正極集流體和結合在所述正極集流體表面的正極活性層，所述正極活性層所含的正極材料為權利要求8-9任一所述的單晶三元正極材料。

與現有技術相比，上述單晶三元正極材料制備方法一方面采用一步法制備單晶三元正極材料的前驅體，有效簡化了其制備工藝；另一方面，將前驅體采用本發明特定溫度下進行分段燒結處理，使得制備的三元形貌規則，無團聚，能得到較高的壓實密度。

上述單晶三元正極材料形貌規則，顆粒均勻性好，單晶顆粒比表面積小，較傳統三元材料更高的壓實密度，容量高。