[發明專利]一種高容量單晶高鎳鋰電池正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710883429.3
• 申請日: 2017-09-26
• 公開（公告）號: CN107768619B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 徐世國;張文艷;許國干;李偉;張玉軍;劉鈺
• 申請（專利權）人: 格林美（無錫）能源材料有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京雙收知識產權代理有限公司 11241
• 代理人: 曾曉芒

1.一種高容量單晶高鎳鋰電池正極材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟：

1)制備類單晶前驅體：將高鎳鋰電池正極材料前驅體和固體添加劑在高速混合機中進行混合；配置含鋯源、摻雜劑、潤濕劑的液體添加劑；將所述液體添加劑用高壓噴霧方式均勻噴霧到前驅體和固體添加劑混合料中繼續混合；混合完成后在400～800℃下在空氣氣氛中煅燒，之后進行研磨粉碎得到類單晶前驅體；

2)制備單晶高鎳鋰電池正極材料：將步驟1)制備的類單晶前驅體與鋰源在高速混合機中混合，之后在700～900℃下在含氧氣氛中煅燒，出料后經研磨碾壓、旋風分離，過篩后得到高容量單晶高鎳正極材料半成品，然后經過水洗、熱處理得到高容量單晶高鎳鋰電池正極材料；

步驟1)中，所述固體添加劑為納米級WO₃、Co(OH)₂、Co₃O₄、MnO₂中的一種或多種，其中陽離子元素為M；所述摻雜劑為MgCl₂、C₉H₁₅AlO₉、Ti₂O(OH)₂(C₆H₅O₇)·3H₂O、H₃BO₃中的一種或多種，其中陽離子元素為N；所述潤濕劑為非離子表面活性劑OP-10、TX-10、TX-100、NP-10中的一種或兩種，所述鋯源為(NH₄)₂Zr(CO₃)₃、(NH₄)₂ZrF₆中的一種或兩種。

2.如權利要求1所述高容量單晶高鎳鋰電池正極材料的制備方法，其特征在于，步驟1)中，高鎳鋰電池正極材料前驅體和含M元素的固體添加劑定量稱量使得M/(Ni+Co+Mn)的摩爾比為0～0.05，然后加入至高速混合機混合20～60min；液體添加劑均勻噴霧至前驅體和固體添加劑混合料中繼續混合20～60min，并且控制液體添加劑的使用量，使得(Zr+N)/(Ni+Co+Mn)的摩爾比為0～0.05；混合完成后在400～800℃下在空氣氣氛中煅燒4～8h；

步驟2)中，稱量類單晶前驅體與鋰源在高速混合機中混合，混合時間為20～60min，控制稱量比例使得Li/(Ni+Co+Mn+Zr+M+N)摩爾比在1.00～1.15范圍內，之后在700～900℃下含氧氣氛中煅燒10～15h。

3.如權利要求1所述高容量單晶高鎳鋰電池正極材料的制備方法，其特征在于，所述非離子表面活性劑的質量含量百分比為0.001％-0.1％，HLB值在6～15之間。

4.如權利要求2所述高容量單晶高鎳鋰電池正極材料的制備方法，其特征在于，步驟1)中，所述液體添加劑與高鎳鋰電池正極材料前驅體形成的接觸角為Θ，其中0＜Θ＜20°，以使液體添加劑鋪展和滲透到前驅體顆粒中。

5.一種高容量單晶高鎳鋰電池正極材料，其特征在于，所述高容量單晶高鎳鋰電池正極材料采用如權利要求1-4任一項所述方法制備得到。

6.如權利要求5所述高容量單晶高鎳鋰電池正極材料，其特征在于，所述高容量單晶高鎳鋰電池正極材料的化學通式為Li_aNi_xCo_yMn_1-x-yZr_bM_cN_dO₂，其中，1.00≤a≤1.15，x≥0.8，0＜y≤0.2，0＜b+c+d＜0.1，其中M為陽離子摻雜元素W、Mn、Co中的一種或多種，N為陽離子摻雜元素Mg、Al、Ti、B中的一種或多種。

7.如權利要求6所述高容量單晶高鎳鋰電池正極材料，其特征在于，所述高容量單晶高鎳鋰電池正極材料的中位粒徑2um≤D₅₀≤5um。

8.如權利要求7所述高容量單晶高鎳鋰電池正極材料，其特征在于，所述高容量單晶高鎳鋰電池正極材料的晶體結構為R-3m六方層狀結構。