[發明專利]單晶高鎳三元材料前驅體及制備方法，單晶高鎳三元材料的制備方法

有效

• 申請號: 201810066164.2
• 申請日: 2018-01-23
• 公開（公告）號: CN108298599B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 吳振豪;陳步青
• 申請（專利權）人: 昶聯金屬材料應用制品（廣州）有限公司
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/485;H01M4/505;C01G53/00
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 張艷美;郝傳鑫

本發明提供了一種單晶高鎳三元材料前驅體，為核殼結構，核的材料化學式為Ni_xCo_yM1_(1?x?y)CO₃，殼的材料化學式為Ni_xCo_yM1_(1?x?y?z)M2_z(OH)₂，0.6≤x＜0.9，0.1≤y≤0.25，0≤z≤0.1，0＜1?x?y?z≤0.25，M1選自Mn、Al，M2選自Ti、Ba、Sr、Mg、Cr、Zn、V、Cu中的至少一種。本發明還提供了一種單晶高鎳三元材料前驅體的制備方法，通過具有核殼結構的前驅體材料進行燒結，脫出殼結構即可得到單晶的高鎳三元材料，從而為單晶的高鎳三元材料的制備創造了條件，且其制備工藝簡單不受諸多外界因素的影響。本發明還提供了一種單晶高鎳三元材料的制備方法及單晶高鎳三元材料，此單晶高鎳三元材料結構穩定，且循環壽命長、熱穩定性好。

技術領域

本發明涉及三元材料領域，更具體地說，本發明涉及一種單晶高鎳三元材料前驅體及制備方法，及單晶高鎳三元材料的制備方法和單晶高鎳三元材料。

背景技術

鋰離子電池作為一種新型的綠色能源，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，因此被廣泛用作手機、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，鎳鈷錳或鎳鈷鋁三元材料是新一代鋰離子正極材料研究的熱點之一。目前，較多的三元材料都為細小晶粒(也就是一次顆粒)團聚成的二次球形顆粒，二次顆粒型的三元材料由于顆粒內部存在應力導致材料循環過程中易開裂，而存在循環壽命短、熱穩定性差的缺陷。因而目前對于循環壽命長、熱穩定性好的單晶顆粒的三元材料的研究掀起了一番熱潮。

如中國專利CN106930959A、CN106159251A、CN104979546B皆為單晶三元材料的制備方法，通過采用氫氧化物或碳酸鹽共沉淀法得到前驅體再進行燒結，結合嚴格控制前驅體制備及燒結工藝過程參數，以防止團聚而得單晶顆粒。眾所周知，材料由一次顆粒團聚為二次顆粒本身就極易產生，而通過嚴格控制過程參數得到單晶顆粒就顯得極其困難，產率也極低。再者，通過增加助劑來控制燒結時避免顆粒的團聚方式中，目前普遍采用的為非水溶性燒結助劑，這些助劑會滲入到材料中大大降低材料的電化學性能(容量和效率差)。同時，這類三元材料通常為非高鎳三元材料(過渡金屬中鎳的摩爾比＜0.6)，具體如LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂(NCM333)或LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂(NCM523)，對于高鎳三元材料而言鎳含量更高，燒結溫度低，高鎳三元材料的燒結溫度比普通的NCM333或NCM523低200℃左右，采用上述專利方法進行燒結時會因為材料在燒結過程中熔融成一個整體，而無法得到分散的單個單晶顆粒，同時采用這些方法制備的高鎳三元材料前驅體其D50較大，難以獲得密實型的前驅體。

因而，單晶高鎳三元材料的制備仍然是研發人員需要攻克的難題。

發明內容

本發明的目的在于制備一種單晶高鎳三元材料前驅體及其制備方法，以克服密實型的高鎳三元材料前驅體難以制備的難題，及得到循環壽命長、熱穩定性好的單晶高鎳三元材料。