[發明專利]一種單晶三元正極材料的制備方法

在審

• 申請號: 202011539829.0
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112678879A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 喬水伶;李崇;呂明;王慧萍;方向乾;曹壯
• 申請（專利權）人: 陜西彩虹新材料有限公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/505;H01M4/525;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

本發明提供了一種單晶三元正極材料的制備方法，其特征在于，單晶材料的化學表達式為：Li1+xNiaCobMncO2(其中0a1，0b1，0c1，a+b+c＝1，0≤x≤1)，包括以下步驟：S1)將氧化鋰粉末、鎳、鈷、錳金屬單質粉末和助熔劑按比例混合分散；S2)將分散均勻后的物料在含氧氣氛、第一溫度曲線下進行第一次燒結；S3)再將第一次燒結后的產物在含氧氣氛、第二溫度曲線下進行第二次燒結；S4)最后將第二次燒結后的物料自然冷卻至室溫，經過破碎、過篩，即可獲得目標產品。利用此方法所制備的單晶三元材料在高電壓下也能夠獲得高容量和長循環特性，同時顯著改善了電池的倍率性能，大大降低了生產成本，以及廣泛的工業應用價值。

技術領域：

本發明涉及鋰離子電池技術領域，特別涉及一種鋰單晶三元正極材料的制備方法。

背景技術：

鋰離子電池三元正極材料因具有容量大、倍率性能高、安全性能好以及價格低廉等優點而得到廣泛應用。然而，傳統鎳鈷錳酸鋰三元正極材料一般都是納米級一次小顆粒聚集而成的球形或類球形二次顆粒，由于顆粒機械強度較低，二次球形顆粒容易破碎，在高溫和高壓的循環充放電過程中，二次球形顆粒三元正極材料表面副反應增加和金屬離子溶出加劇，從而引起容量降低、循環性能變差、脹氣等問題。因此，單晶材料應運而生，不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。目前有關單晶三元材料的制備方法一般為：先用鎳鈷錳的金屬化合物采用共沉淀法制備三元前驅體，再加入鋰源焙燒得到三元正極材料，此制備過程副產物氣體多，工藝復雜且成本高，對于單晶材料的合成生產仍然有很大的局限性。

發明內容：

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種單晶三元正極材料的制備方法，該方法直接利用氧化鋰粉末、鎳、鈷、錳金屬單質粉末和助熔劑作為原料，保證了各元素混合的均勻性，不僅降低了原材料的成本，還降低了燒成溫度，降低了能耗，具有加工制造成本低、產品表面殘鋰低的優點，可制造出具有較高初始容量、高倍率性能、良好的循環保持率的單晶三元正極材料。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種單晶三元正極材料的制備方法，包括以下步驟：

S1)將氧化鋰粉末、鎳、鈷、錳金屬單質粉末和助熔劑按比例混合分散；

S2)將分散均勻后的物料在含氧氣氛、第一溫度曲線下進行第一次燒結；

S3)再將第一次燒結后的產物在含氧氣氛、第二溫度曲線下進行第二次燒結；

S4)最后將第二次燒結后的物料自然冷卻至室溫，經過破碎、過篩，即可獲得所述目標產品。

在一個或多個實施例中，步驟S1)中鋰源為氧化鋰，鎳、鈷、錳源為鎳、鈷、錳金屬單質，助熔劑為氧化鍶。

在一個或多個實施例中，步驟S1)中Li：Ni：Co：Mn的摩爾比為(1.02～1.12)：(0～0.95)：(0～0.25)：(0～0.35)，助熔劑的質量是氧化鋰和鎳、鈷、錳金屬單質粉末總質量的0.2wt％～2wt％。

在一個或多個實施例中，步驟S1)中所述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。

在一個或多個實施例中，步驟S2)、S3)中所述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。

在一個或多個實施例中，步驟S2)中第一溫度曲線為預燒階段曲線，在含氧氣氛中進行，以0.5～10℃/min的升溫速率從室溫升至350～600℃，保溫1～12小時。

在一個或多個實施例中，步驟S3)中第二溫度曲線為固相反應階段，在含氧氣氛中進行，以0.5～10℃/min的升溫速率升溫至650～980℃，保溫8～24小時。