[發明專利]一種單晶型富鋰層狀-尖晶石復合正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202111366737.1
• 申請日: 2021-11-18
• 公開（公告）號: CN114094080A
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發明（設計）人: 姚元路;呂菲;宋英杰;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: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;C30B7/14;C30B29/22;C30B33/00;C30B33/02;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
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1.一種單晶型富鋰層狀-尖晶石復合正極材料，其特征在于：該復合正極材料的分子式為xLi[Li_0.2Ni_0.2-yMn_0.6-yM_2y]O₂·(1-x)Li[Ni_0.5-2.5yMn_1.5-2.5yM_5y]O₄，其中0＜x＜1，0≤y≤0.05，M為Co、Zr、Al、Mg、Ti、Y、B、Sr、Mo、V、La、Ba、Nb、W或Ta中的一種或多種的組合；所述的復合正極材料經過酸洗、熱處理后在表面形成氧化物包覆層，所述的氧化物包覆層的分子式為Li_αNi_βMn_γM_δO_η，其中0.5＜α＜1.2，β+γ+δ＝1，2≤η≤2.5。

2.根據權利要求1所述的單晶型富鋰層狀-尖晶石復合正極材料，其特征在于：所述的復合正極材料由前驅體和鋰源混合后焙燒而成；所述的前驅體的平均粒徑D50為2-5μm；所述的前驅體的粒度分布(D90-D10)/D50＝0.5-1.0；所述的前驅體的一次晶粒呈薄片狀并插向前驅體內核，一次晶粒的長度為500-1000nm，厚度為50-100nm；所述的前驅體的振實密度為0.5-1.5g/cm³，比表面積為10-30m²/g。

3.根據權利要求2所述的單晶型富鋰層狀-尖晶石復合正極材料，其特征在于：所述前驅體的化學式為Ni_0.25Mn_0.75(OH)₂。

4.權利要求1-3中任一項所述的單晶型富鋰層狀-尖晶石復合正極材料的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

(1)前驅體的制備：

將可溶性鎳鹽、錳鹽混合后配置成混合鹽溶液，在反應釜內通入保護性氣體，加入所述的混合鹽溶液、堿溶液、絡合劑進行共沉淀反應，反應3-5h后調節混合液的pH值，直至產物粒度增長到所需粒徑后停止反應，反應完成后將得到的混合液經過陳化、過濾、洗滌、干燥后得到薄片狀組成的前驅體Ni_0.25Mn_0.75(OH)₂；

(2)復合正極材料的制備；

將所述的前驅體和鋰源、添加劑混合混勻，高溫焙燒，焙燒后的產物經冷卻、粉碎、篩分得到過程品，在有機酸稀溶液中加入所述的過程品，攪拌后加熱，待至粘稠狀時烘干，得到粉末樣品，將粉末樣品低溫焙燒、冷卻、篩分后得到所述的復合正極材料。

5.根據權利要求4所述的單晶型富鋰層狀-尖晶石復合正極材料的制備方法，其特征在于：所述的步驟(1)中的可溶性鎳鹽與錳鹽的摩爾比為Ni:Mn＝1:3；所述的可溶性鎳鹽為硫酸鎳、氯化鎳、硝酸鎳或醋酸鎳中的至少一種；所述的錳鹽為硫酸錳、氯化錳、硝酸錳或醋酸錳中的至少一種；所述的混合鹽溶液的濃度為1-3mol/L；所述的堿溶液的濃度為2-10mol/L；所述的堿溶液為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液或氫氧化鋰溶液中的至少一種；所述的絡合劑為濃度為2-20mol/L的絡合劑溶液；所述的絡合劑中含有銨根；所述的絡合劑為氨水、碳酸氫氨或碳酸銨中的至少一種的混合溶液；保護性氣體為氮氣、氬氣或其他惰性氣體中的一種。

6.根據權利要求4所述的單晶型富鋰層狀-尖晶石復合正極材料的制備方法，其特征在于：所述的步驟(1)中的共沉淀反應的反應條件如下：攪拌速度為300-1000r/min，溫度為40-70℃，p H值為12-13，銨根的濃度為3-8g/L；反應3-5h后混合液的pH值為11-12；所述的所需粒徑具體為：平均粒徑D50為2-5μm，粒度分布(D90-D10)/D50＝0.5-1.0。