[發明專利]一種高壓實密度、高安全性級配高鎳單晶三元材料的制備方法

在審

• 申請號: 202011585872.0
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN113036134A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 唐淼;呂菲;徐寧;吳孟濤
• 申請（專利權）人: 天津巴莫科技有限責任公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種高壓實密度高安全性級配高鎳單晶三元材料及其制備方法和應用，所制備方法包括如下步驟：1)將小顆粒前驅體和鋰化合物與摻雜金屬化合物混合，進行燒結，得到小粒徑高鎳單晶材料；2)將大顆粒前驅體和鋰化合物與摻雜金屬化合物混合，進行燒結，得到大粒徑高鎳單晶材料；3)將大單晶和小單晶材料與高分子單體、引發劑進行原位聚合，在表面形成交聯的導電高分子保護層；4)再次低溫燒結后得到高壓實密度、高安全性級配高鎳單晶三元材料。本發明所制得的級配高鎳單晶三元材料具有更高的壓實密度、能量密度高以及安全性。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，尤其是涉及一種高壓實密度、高安全性級配高鎳單晶三元材料的制備方法。

背景技術

近年來中國新能源汽車市場快速發展，不斷提高的續航里程對動力電池的能量密度也提出了越來越高的要求。

提高動力電池能量密度核心就在于高容量的正極材料的開發，目前容量最高的材料為高鎳三元材料，通過增加鎳含量，降低鈷的含量，從而提高材料的比容量。但是Ni含量過高，其使用壽命和安全性能卻相應降低。因此，如何在不提高Ni含量的前提下進一步提升正極材料容量，成為了研究的的焦點。

目前提升充電電壓為提高正極材料的容量的主要途徑之一。無論是NCM622還是NCM811，其理論比容量都是274mAh/g左右，在不改變材料的Ni含量的情況下可以通過提升充電電壓的方式達到提升材料容量的目的，例如NCM622在4.3V的容量是180mAh/g左右，但如果充電到4.5V，其容量可以達到201mAh/g。

合成單晶三元材料是提高放電電壓的有效方法之一，但是單晶材料的壓實密度較低，影響其實際使用。因此，需要提高單晶材料的壓實密度。壓實密度的提高則可以通過前驅體的選型、燒結溫度的調整以及大小粒子的搭配等方法來實現。

大小粒子混配的單晶材料已有相關報道。中國專利CN104724763A采用不同粒度前驅體混鋰鹽直接在高于900℃的溫度合成大單晶顆粒，然后選合適粒度的前驅體混鋰燒結成小顆粒單晶，然后混合搭配制備高壓實單晶三元材料。中國專利CN109516509A也是將小顆粒單晶三元氧化物、大顆粒單晶三元氧化物和鋰鹽按預設的比例混合，再燒結，經冷卻得到高壓實單晶三元正極材料，CN110010889A在大小混配的基礎上，增加了包覆層。

然而，現有技術中都是采用簡單物理混合的級配方法，用小粒子來填補大粒子的孔隙來獲得高壓實材料。在實際應用過程中，經過一段時間的運行，電解液會逐漸滲透進入大小粒子的縫隙，原位產生鋰枝晶，將大小粒子分開，從而產生粉體的破碎等問題。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在克服現有技術中的缺陷，提出一種高壓實密度、高安全性級配高鎳單晶三元材料的制備方法，通過原位合成高分子聚合物，形成高分子聚合物網，將大小顆粒親密僑聯，同時，高分子聚合物網絡還可阻燃，起到提高材料安全性的作用。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種高壓實密度、高安全性級配高鎳單晶三元材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將D₅₀范圍為2～6μm前驅體Ni_1-x-yCo_xMn_y(OH)₂、鋰源、含有金屬元素M的金屬鹽按照一定比例進行混合，然后進行焙燒，焙燒后的產物經過破碎、洗滌、過濾、烘干、篩分、除磁后得到小顆粒高鎳單晶三元材料LiNi_1-x-yCo_xMn_yM_zO₂，其中0＜x≤0.2，0.0＜y≤0.2，0＜z≤0.05，所述小顆粒高鎳單晶三元材料的D₅₀為2～6μm，所述M為Co、Mn、Al、Mg、Zn、V、Mo、W、Cu、Sn中的至少一種或者兩種；