[發明專利]一種鋰離子電池富鎳無鈷單晶正極材料的制備方法及應用

有效

• 申請號: 202110790761.1
• 申請日: 2021-07-13
• 公開（公告）號: CN113636606B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 李平;王志奇;韓坤;何冬林;安富強
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;C01G53/00;H01M10/0525
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

1.一種鋰離子電池富鎳無鈷單晶正極材料的制備方法，其特征在于，所述富鎳無鈷單晶正極材料結構通式為LiNi_1-(x+y+z)Mg_xFe_yTi_zO₂，其中，0.9≤1-(x+y+z)＜1.0，0≤x≤0.05，0≤y≤0.05，0≤z≤0.05，x、y、z至多有一個為0，形貌為單分散小平面大尺度八面體單晶；所述小平面為{003}、{110}、{111}；所述富鎳無鈷單晶正極材料單晶粒徑D₅₀＝1～8μm，比表面積為0.2m²/g～0.6m²/g；具體制備方法為：

(1)小顆粒球形前驅體制備：將各可溶性金屬鹽，按摩爾比溶解于去離子水中配置1～4mol/L金屬鹽溶液，配置1～10mol/L氨水溶液、1～10mol/L氫氧化鈉溶液，配置氫氧化鈉與氨水摩爾比為5:1～1:2的混合溶液，將金屬鹽溶液和氨水溶液與氫氧化鈉溶液同時泵入氫氧化鈉與氨水混合溶液中攪拌，維持pH值在一定范圍內，制備得到D₅₀＝1～8μm的球形Ni_1-(x+y+z)Mg_xFe_yTi_z(OH)₂前驅體；

(2)缺鋰單晶類尖晶石型富鎳顆粒制備：將Ni_1-(x+y+z)Mg_xFe_yTi_z(OH)₂前驅體與熔融鹽以及鋰源混合均勻，其中鋰元素與鎳、鎂、鐵、鈦元素和的摩爾比Li/(Ni+Mg+Fe+Ti)＝0.8～1，Ni_1-(x+y+z)Mg_xFe_yTi_z(OH)₂前驅體加鋰源的質量和與熔融鹽的質量比在0.2～5之間，先400～550℃燒結3～5h，再800～900℃燒結10～20h，然后洗滌、過濾、干燥，得到缺鋰的單晶形貌類尖晶石型富鎳顆粒；

(3)大單晶富鎳無鈷層狀顆粒制備：向上述缺鋰的單晶形貌類尖晶石型富鎳產物中補充一定含量的鋰源，混合均勻，先400～550℃燒結3-5h，再650～800℃燒結10～20h，得到單分散大單晶富鎳無鈷層狀正極材料；

步驟(2)的鋰加上步驟(3)補鋰后的鋰源總和的鋰元素與鎳、鎂、鐵、鈦元素和的摩爾比Li/(Ni+Mg+Fe+Ti)＝1～1.3；

步驟(1)中：pH為10～12，pH值波動為±0.5，攪拌速度為500～800r/min，反應溫度為50～60℃，反應時間為5～20小時，保護氣氛為氮氣；

步驟(2)中：鋰源為氫氧化鋰、硝酸鋰、氧化鋰中的一種或多種；熔融鹽為硫酸鈉、氯化鈉、氯化鉀、硫酸鋰中的一種或多種；兩段燒結升溫速率均為10℃/min；氣體氛圍為氧氣；

步驟(3)中：鋰源為氫氧化鋰、硝酸鋰、氧化鋰中的一種或多種；兩段燒結升溫速率均為10℃/min；氣體氛圍為氧氣。

2.根據權利要求1所述的一種鋰離子電池富鎳無鈷單晶正極材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中：可溶性金屬鹽為硫酸鎳、硫酸鎂、硫酸鐵、硫酸鈦。

3.一種以權利要求1～2任意一項所述方法制備的鋰離子電池富鎳無鈷單晶正極材料的應用，其特征在于所制備得到的正極材料用于鋰離子電池。