[發明專利]一種類單晶三元正極材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202010523830.8
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111785957A
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 趙文譽;阮丁山;林波;劉偉健;李長東;陳喜;柳娜;杜銳
• 申請（專利權）人: 廣東邦普循環科技有限公司;湖南邦普循環科技有限公司;湖南邦普汽車循環有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M4/36;H01M4/62;H01M10/0525;C30B29/22;C30B1/10
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 左恒峰

本發明公開了一種類單晶三元正極材料及其制備方法和應用，所述類單晶三元正極材料的化學式為LiNi_xCo_yMn_(1?x?y?i?j)W_iNb_jO₂；其中0.5≤x≤1，y≥0，0.0001≤i≤0.01，0.0001≤j≤0.01。本發明的制備方法制備的三元正極材料兼具單晶大顆粒產氣低、高安全、長循環和多晶團聚體高容量的性能優勢，適用于鋰離子動力電池。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，具體涉及一種類單晶三元正極材料及其制備方法和應用。

背景技術

在電動汽車領域，人們普遍關心電動汽車的續航里程，隨著各種電動汽車自燃事件的發生，人們也越來越重視電動汽車的安全性能。電動汽車最關鍵的部件在于鋰離子電池，鋰離子電池一般由正極、負極、隔膜和電解液組成，其中正極材料的性能直接決定了鋰離子電池的能量密度、安全性能和使用壽命。目前鋰離子電池正極普遍采用插鋰化合物，如LiMn₂O₄、LiFePO₄、LiCoO₂、三元正極材料Li(Ni_xCo_yMn_z)O₂。其中，三元正極材料因其具有更高的能量密度優勢而成為了各大電池廠家的研究重點。理論上三元正極材料具有274mAh/g的超高容量，但由于首效的不可逆損失以及材料本身的結構缺陷，很難完全把容量體現出來。

此外，傳統的三元正極材料微觀形貌為球形二次顆粒分布，在電池極片制作過程中容易因壓力過大而破碎，且在長期循環充放電過程中因體積收縮膨脹導致顆粒破裂，使新鮮的活性物質直接暴露在電解液中，易發生脫氧反應而導致電池脹氣，造成安全隱患。為了解決傳統三元正極材料存在的問題，一種行之有效的方法是將三元正極材料單晶化，即三元正極材料形貌為一次大顆粒分布。這種材料壓實高，循環好，安全性也較高，在高電壓下使用更穩定，兼具高壓實和高電壓的優點，因此引起人們越來越多的注意。但是，由于三元正極材料單晶化之后的一次顆粒尺寸增大，從而增加了鋰離子進出路徑，在充放電過程中鋰離子傳輸阻力增大，因此該材料將面臨較低的首次庫倫效率和較差的倍率性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種類單晶三元正極材料及其制備方法和應用，本發明制備的三元正極材料兼具單晶大顆粒產氣低、高安全、長循環和多晶團聚體高容量的性能優勢，適用于鋰離子動力電池。

為了實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

一種類單晶三元正極材料，所述類單晶三元正極材料的化學式為LiNi_xCo_yMn_(1-x-y-i-j)W_iNb_jO₂；其中0.5≤x≤1，y≥0，0.0001≤i≤0.01，0.0001≤j≤0.01，1-x-y-i-j≥0。

優選地，所述類單晶三元正極材料的壓實密度為3.35-3.65g/cm³。

一種類單晶三元正極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將鎳鈷錳氫氧化物前驅體和鋰源混合，加入球磨珠，進行一次球磨，得到珠料混合物A；

(2)將鎢化合物和鈮化合物加入到珠料混合物A中，進行二次球磨，得到珠料混合物B；

(3)取出珠料混合物B中的球磨珠，燒結，冷卻，氣流粉碎，過篩，即得所述類單晶三元正極材料。

優選地，步驟(1)中所述鎳鈷錳氫氧化物前驅體的化學式為Ni_xCo_yMn_(1-x-y)(OH)₂，其中0.5≤x≤1，y≥0，且1-x-y＞0。