[發明專利]一種高性能富鋰單晶多元正極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201911086072.1
• 申請日: 2019-11-08
• 公開（公告）號: CN112382738A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 李崇;王迪;王慧萍;方向乾
• 申請（專利權）人: 陜西彩虹新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京卓特專利代理事務所(普通合伙) 11572
• 代理人: 段宇

1.一種高性能富鋰單晶多元正極材料的制備方法，其特征在于，復合材料由Li(Ni_aCo_bMn_c)_1-xM_xO₂(0≤x≤1)和附著在其表面的ATO外包覆層組成，包括以下步驟：

步驟一，M摻雜富鋰單晶多元正極材料基體的合成：

(1)一次混料：將M金屬氧化物、單晶多元前驅體與鋰源按照摩爾比為0.01～0.12：1：1.02～1.12以一定的混料方式混合均勻，100～200目過篩分散，即得一次原料混合物；

單晶多元前驅體的化學表達式為Ni_aCo_bMn_c(OH)₂，0≤a≤1，b、c＞0，a+b+c＝1；

M金屬氧化物包含主族第三周期的Mg、Al以及過渡金屬元素中的一種或幾種的納米氧化物，若為多種時，比例為任意比例，其中，過渡金屬元素優選為，第一過渡系的Ti、第二過渡系的Zr、第三過渡系的Ta；

混料方式包括球磨混料機、滾筒式混料機、高速混料機、錐形混料機、螺帶式混料機、犁刀式混料機等，依據混料量大小而定；小批量制備時，優選為行星式球磨機，中批量生產時，優選為高速混料機，批量化生產時，優選為犁刀式混料機；

鋰源為鋰的碳酸鹽、氧化物、碳酸氫鹽、氫氧化物、有機羧酸鹽、硝酸鹽中的一種或多種；

(2)一次燒成：將一次原料混合物裝堝壓實，分兩段曲線燒結：第一段為預燒階段，從室溫升至350～550℃，在含氧氣氛中燒結6～10小時；第二段為固相反應階段，升溫至800～980℃，在含氧氣氛中燒結8～12小時，隨爐冷卻至室溫，取出粉末，經破碎、過400目篩，即得M摻雜富鋰單晶多元正極材料基體；

含氧氣氛包括空氣模式、高純氧氣模式(氧濃度≥95％)中的至少一種，若兩種混合時，則混合比例為任意比例；

破碎方式為機械粉碎、氣流粉碎、研磨粉碎中的至少一種；

步驟二，ATO包覆液的制備：

將ATO氧化物鹽溶解到有機溶劑中，ATO納米氧化物鹽與有機溶劑的重量比控制在1:10～1:100，連續攪拌30～60min，充分溶解，形成均勻溶液，即得ATO包覆液；

ATO納米氧化物包含錫、銻中的一種或幾種，若為幾種時，比例為任意比例；

有機溶劑包括甲醇、無水乙醇、異丙醇、丙酮、聚乙二醇(PEG-400)中的一種；

ATO氧化物鹽為：有機錫化合物或無機錫鹽，異丙醇錫硝酸銻、錫醇鹽或醋酸錫的一種或幾種，若為幾種混合時，比例為任意比例；

步驟三，ATO表面處理：

將步驟一所得M摻雜單晶多元材料基體按質量比邊攪拌邊緩慢加入到步驟二所制備的ATO包覆溶液中，M摻雜單晶多元材料基體與ATO包覆溶液的質量比控制在1：0.2～2范圍內，連續攪拌30～120min，而后轉至干燥設備中，邊加熱邊攪拌至有機溶劑充分揮發，使得攪拌漿料逐步形成凝膠態，將干燥后的物料進行過篩；

步驟四，二次燒成：

將步驟三中所得物料按照5～15℃的升溫速率升溫至300～700℃，在含氧氣氛中焙燒6～18h，燒成后物料進行400目過篩、以一定破碎方式處理后，即得目標產品；

破碎方式為機械粉碎、氣流粉碎、研磨粉碎中的至少一種；

目標產品即為高性能富鋰單晶多元正極材料，其典型特征為，形貌由球形或類球形的一次單晶顆粒(或含有少量二次團聚顆粒)組成，形貌均一，尺寸規則。