[發明專利]一種高鎳單晶鎳鈷鋁三元正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110738477.X
• 申請日: 2021-06-30
• 公開（公告）號: CN113422046B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 張茸茸;譚欣欣;唐波
• 申請（專利權）人: 巴斯夫杉杉電池材料有限公司
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;C01G53/00;H01M4/485;H01M10/0525
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 楊斌

本發明涉及一種高鎳單晶鎳鈷鋁三元正極材料及其制備方法，所述高鎳單晶鎳鈷鋁三元正極材料的化學式為Li_aNi_xCo_yAl_1?x?yM_bO₂，其中，1≤a≤1.2，0.8≤x＜1，0＜y≤0.15，0.001＜b≤0.01；制備方法包括S1：將高BET的三元氧化物前驅體、氫氧化鋰、含有摻雜元素M的化合物混合均勻，先高溫短時間、再低溫長時間燒結；S2：冷卻、粉碎、過篩，得到所述高鎳單晶鎳鈷鋁三元正極材料。本發明通過采用高BET氧化物前驅體高低溫燒結，將高鎳單晶鎳鈷鋁三元正極材料的應力控制在0.07～0.14的范圍內，在充放電過程中不易發生畸變，正極材料的循環性能好，而且容量較高。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池正極材料技術領域，具體涉及一種高鎳單晶鎳鈷鋁三元正極材料及其制備方法。

背景技術

為了解決鋰離子電池容量衰減過快的問題，許多研究機構嘗試使用高鎳單晶鎳鈷鋁三元正極材料來代替傳統的二次球三元正極材料。申請號US20200127280A1的專利中提到，通過兩步鋰化法得到的單晶鎳鈷鋁酸鋰正極材料LiNi_0.88Co_0.09Al_0.03O₂，在常溫下循環100圈以后，容量保持率高于二次球正極材料。又如期刊Journal of Alloys andCompounds,2016,695:91-99中合成的單晶鎳鈷鋁酸鋰正極材料LiNi_0.80Co_0.15Al_0.05O₂，100圈循環后依然有91.7％的容量保持率，對應的二次球正極材料的容量保持率只剩下74.9％。

已報道的專利和文獻通常采取高溫長時間燒結的方式，進行高鎳單晶鎳鈷鋁三元正極材料的合成。以上技術手段雖然能達到提升電池循環的效果，但是該方案有很多的缺點：如能耗高、耗時長、層狀結構中的鋰揮發嚴重、樣品殘鋰高、生成雜質(例如Li₅AlO₄、NiO)等；致使現有的高鎳單晶鎳鈷鋁三元正極材料電池容量較低，循環性能也仍有較大的提升空間。

如何保持在電池容量不降低的同時提升電池的使用壽命，得到一種循環性能優異的高鎳單晶鎳鈷鋁三元正極材料，并提供更為簡便的制備方法，成為目前亟待解決的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是高溫燒結使得高鎳單晶鎳鈷鋁三元正極材料容量降低，克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種容量較高，同時可以兼顧提升循環性能的高鎳單晶鎳鈷鋁三元正極材料；此外，本發明還提供了上述高鎳單晶鎳鈷鋁三元正極材料的方法，以解決背景技術中提到的高溫長時間燒結帶來的缺陷和不足，該方法可有效縮短高溫燒結時間，降低表面殘鋰。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種高鎳單晶鎳鈷鋁三元正極材料，所述高鎳單晶鎳鈷鋁三元正極材料的化學式為Li_aNi_xCo_yAl_1-x-yM_bO₂，其中，1≤a≤1.2，0.8≤x＜1，0＜y≤0.15，0.001＜b≤0.01，所述M選自Zr、Al、Ce、Sr、Mg、Ti、Mn、Si、La、Ba、Sr、Nb、Cr、Mo、Ca、Y、In、Sn、F中的一種或幾種，所述高鎳單晶鎳鈷鋁三元正極材料的殘余應力值范圍為0.08～0.14。

優選的，所述殘余應力通過XRD射線衍射法測試及精修得到，其中，XRD測試的掃描范圍為10°≤2θ≤80°，掃速為5°/min，并利用Topas軟件，使用Rietveld全譜擬合精修法將得到的XRD譜圖進行精修。

本發明將高鎳單晶鎳鈷鋁三元正極材料的殘余應力控制為0.08～0.14，當殘余應力偏大時，在充放電過程中容易發生畸變，循環性能不好；而殘余應力偏小時，則會影響容量的提升，導致容量偏低。