[發明專利]一種三元單晶正極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011013341.4
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112301428B
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 李飛龍;阮丁山;韓帥;馬文柱;王雀樂;方慶城;李長東
• 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: C30B29/22
• 分類號: C30B29/22;C30B1/10;H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 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

本發明公開了一種三元單晶正極材料及其制備方法和應用，該制備方法包括以下步驟：將三元多晶微粉混合，升溫，進行第一次燒結，降溫，得到中間體；將中間體進行氣流粉碎，得到單晶材料，水洗，離心，干燥，得到殘堿含量低于1500ppm的物料；將包覆劑加入物料中，升溫，進行第二次燒結，降溫，即得三元單晶正極材料。本發明利用氣流粉碎設備將多晶物料打開成單晶小顆粒，提高物料電化學性能，提高材料的能量密度。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池正極材料領域，特別涉及一種三元單晶正極材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著電動汽車對續航里程的要求越來越高，更高的Ni含量的三元正極材料(如NCM811)成為了人們研究的重點，人們普遍把這種Ni含量大于0.6的三元正極材料稱為“高鎳三元正極材料”，這種材料Ni的含量比較高，能量密度能夠在一定程度上滿足短期市場需求，緩解電動汽車的續航焦慮，并且因為鈷的含量比較低，故而具有較好的成本優勢。在三元正極材料生產中，不可避免的會出現一些副產品，例如機械磨粉碎生產過程中會產生1～10％的微粉。在工業化的大批量生產過程中，1～10％的微粉產出量是相當可觀的。但是微粉自身規格遠小于正常料，加上生產過程中收集速度慢，包裝不及時導致產品的殘堿含量特別高，尤其是Li₂CO₃含量特別高，Li₂CO₃含量高會造成水含量超標，致使電池循環過程產氣，影響產品的安全性能，如果直接報廢將造成較大的經濟損傷和環境污染。為了響應國家降本提效，節能減排的號召，推動清潔生產，發展循環經濟，加快節能技術改造，開發副產品的回收利用工藝志在必行。但是每一批微粉由于工藝不同或過程處理不同，理化性質存在差異，尤其是殘堿含量及扣電容量均存在較大的差異，因此需要開發一種適用于絕大部分微粉的回收工藝。

隨著新能源行業的不斷發展，人們對動力電池的要求也越來越高，隨之而來的三元材料中鎳含量的提升，但由此帶來的正極材料穩定性問題、電解液匹配問題、大電流充電溫升過高等引發的電池失效也越來越受到人們的關注，因此，單晶材料應運而生，不僅僅增強了正極材料的穩定性，也可以將整個體系的電壓提升到一個新的高度，為更高能量密度的需求提出了一個解決方案。

研究表明，多晶三元正極材料隨著循環次數的增加，由于二次球中的一次顆粒有著不同的晶面取向和滑移面，晶粒間晶格膨脹和收縮的各向異性，導致其在循環后期可能會出現二次顆粒的破碎，并在一次顆粒間產生微裂紋，這將使材料與電解液的接觸面積增大，加劇與電解液的副反應，發生嚴重的容量衰減。而單晶材料則可避免這種情況的發生，在反復的循環過程中保持結構的完整性，從而提升循環穩定性。單晶材料其較低的比表面積和優異的結構穩定性共同作用，提升了循環穩定性，在經過長循環后仍能保持顆粒原本的形貌。

目前通過包覆燒結可以改善三元材料的表面性質，降低表面轉移電阻，提高離子導電率還降低材料的吸水性能，減少材料與電解液的副反應。因此，亟需開發一種副反應少且電阻率小的三元單晶正極材料及其制備方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種三元單晶正極材料及其制備方法，原料為三元多晶微粉，提高材料利用率，增加產品效益，制備的三元單晶正極材料不僅能減小鋰離子的擴散長度，提供鋰離子快速傳輸的通道，還能提高材料在高充電截止電壓下的容量保持率；通過包覆燒結可以改善三元材料的表面性質，降低表面轉移電阻，提高離子導電率還降低材料的吸水性能，可以減少材料與電解液的副反應。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種三元單晶正極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將三元多晶微粉混合，升溫，進行第一次燒結，降溫，得到中間體；

(2)將中間體進行氣流粉碎，得到單晶材料，水洗，離心，干燥，得到殘堿含量低于1500ppm的物料；