[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

本發明適用于鋰電池技術領域，提供一種高容量單晶高鎳鋰電池正極材料及其制備方法，本發明方法先用正極材料前驅體和固體添加劑、液體添加劑混合煅燒，得到類單晶前驅體，然后使用類單晶前驅體制備高容量單晶高鎳鋰電池正極材料，其中固體添加劑以固體形式摻入到前驅體中，液體添加劑以液體形式高壓噴霧到前驅體中，最終制備得到的正極材料，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，材料形貌結構是單晶形態，與主含量組成相同的二次團聚球形高鎳鋰電池正極材料相比，容量不比二次團聚球形高鎳鋰電池正極材料低，但是大幅度提高了倍率性能和循環性能。

技術領域

本發明屬于鋰電池技術領域，尤其涉及一種高容量單晶高鎳鋰電池正極材料及其制備方法。

背景技術

近幾年，下游新能源汽車的繁榮拉動了動力電池需求的增長。其中，擁有高能量密度的三元材料優勢明顯，由于Ni有提高能量密度的作用，高鎳化是趨勢。NCM根據三種金屬占比不同，分為低鎳的111，523，424，622和高鎳的811和Ni90等，NCA也是高鎳的一種。但是隨著Ni的增高，在高電壓下材料表面和電解液的副反應更加容易發生，導致安全性、循環性和倍率性能下降。通常的三元正極材料是二次團聚體，在極片制作過程中容易壓碎，在充放電過程中也容易導致結構坍塌。即使包覆過后的正極材料在滾壓之后也會有一部分材料表面暴露在電解液中，從而影響了鋰電池的倍率性和循環性，這一缺陷限制著高鎳材料的發展。

很多研究人員在低鎳鋰電池正極材料單晶制作方面也做過很多工作。但大多數最后的燒結溫度都是在900℃以上，增加了高鎳鋰電池正極材料的陽離子混排程度，降低了電池正極材料的容量，倍率性和循環性。高鎳材料越來越多的人研究，但是研究高容量單晶高鎳正極材料的很少。

發明內容

鑒于上述問題，本發明的目的在于提供一種高容量單晶高鎳鋰電池正極材料及其制備方法，旨在解決現有高鎳正極材料在不犧牲容量的前提下無法實現高倍率充放電和長循環的技術問題。

一方面，所述高容量單晶高鎳鋰電池正極材料的制備方法包括下述步驟：

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。