[發明專利]一種鋰離子電池正極材料助熔劑大面積多點快速成核晶體生長方法

在審

• 申請號: 202011437249.0
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112647120A
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 王坤鵬;張建秀;周利;范立群;任衍彪;李鳳麗;劉泳
• 申請（專利權）人: 棗莊學院
• 主分類號: C30B7/10
• 分類號: C30B7/10;C30B29/22;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 棗莊小度智慧知識產權代理事務所(普通合伙) 37282
• 代理人: 周莉

本發明公開了一種鋰離子電池正極材料助熔劑大面積多點快速成核晶體生長方法。按照鋰離子電池正極材料的化學式將化學計量比的鋰源、過渡金屬源和螯合劑，按照比例溶解于去離子水中，形成一次溶液；加入助溶劑，提高過渡金屬源的溶解度，充分攪拌至溶質完全溶解，并形成透明的二次溶液；再加入少量鋰源，形成富鋰環境；然后再加入固態多孔模板劑，增大成核面積以及成核點的數量；滴入乙酸或氨水，調節pH值；然后置于微波水熱反應器中進行充分反應；最后將反應產物進行固液分離、清洗、干燥，獲得鋰離子電池正極材料。該方法獲得的鋰離子電池正極材料顆粒度均勻，結晶度高，各晶面發育良好，成核和結晶速度快。本方法大大增加成核面積和成核點的數量，并且可以防止晶粒之間的吸附和團聚。

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池正極材料助熔劑大面積多點快速成核晶體生長方法，屬于晶體材料和鋰離子電池交叉技術領域。

背景技術

近年來，新能源汽車的快速發展對動力鋰離子電池的能量密度提出了越來越高的要求。對于主流的磷酸鐵鋰和三元NCM動力鋰電池，提高鎳含量和充電電壓，是兩種通常采用的容量提升手段。然而，隨著鎳含量和充電電壓的提高，會導致正極材料顆粒晶界開裂甚至破碎，進而使循環性能和安全性能急劇惡化。這個技術瓶頸嚴重阻礙著高容量電芯產品的發展。

近年來，人們開始采用無晶界的單晶取代傳統的多晶粉末顆粒，以打破該技術瓶頸，該方法近日已成為國際上鋰電行業重點突破的熱門。單晶正極材料的制備水平也日益成為衡量各材料廠家的技術標準。

所謂單晶是相對于傳統的二次粉末顆粒而言的，傳統的正極材料是由200-300nm的一次顆粒團聚而成的10微米左右的二次球形多晶粉末顆粒，顆粒內部存在大量晶界，在電池充放電過程中，由于各向異性的晶格變化，晶界很容易開裂，導致二次顆粒發生破碎，比表面積和界面副反應快速增加，進而導致電池阻抗上升，性能急速下降。而單晶型正極材料內部沒有晶界，可以提高鋰離子傳輸效率，同時減小正極與電解液之間的副反應，可有效解決晶界破碎及性能惡化問題，不僅可以把整個體系的電壓提升到一個新的高度，提高了電池的能量密度，而且增強了正極材料的穩定性，為高能量密度鋰離子電池的安全和長壽命之路，提供了一個全新的可行的解決方案。如上所述，盡管單晶相比傳統球形二次顆粒擁有諸多優勢，但是，單晶型正極材料的制備技術仍然處于一個尚未全面開發的階段。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鋰離子電池正極材料助熔劑大面積多點快速成核晶體生長方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的本發明采用以下技術方案:一種鋰離子電池正極材料助熔劑大面積多點快速成核晶體生長方法，包括如下步驟：

1）按照鋰離子電池正極材料的化學式，將化學計量比的鋰源、過渡金屬源和螯合劑，按照比例溶解于去離子水中，形成一次溶液；

2）在步驟1所得的溶液中，加入助溶劑，提高過渡金屬源的溶解度，充分攪拌至溶質完全溶解，并形成透明的二次溶液；

3) 在步驟2所得的透明溶液中，加入少量鋰源，形成富鋰環境；

4）在步驟3所得的富鋰透明溶液中，加入固態多孔模板劑，增大成核面積以及成核點的數量；

5) 將步驟4所得的溶液，滴入乙酸或氨水，調節pH值；

6) 將步驟5所得的溶液，置于微波水熱反應器中進行充分反應；

7) 將步驟6所得的反應物進行固液分離、清洗、干燥，獲得尺度均勻的鋰離子電池正極材料。

作為本發明進一步的方案：所述步驟1）中的鋰離子正極材料包括鋰基磷酸鹽，化學式為LiMPO₄ (M = Fe, Co, Ni, Mn), 以及三元正極材料NCM，化學式為LiNi_xCo_yMn_zO₂ (x+y+z = 1)，所述鋰源和過渡金屬源為可溶于水的乙酸鹽，所述螯合劑為氫氧化銨。