[發明專利]一種單晶高鎳鋰電正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202210022258.6
• 申請日: 2022-01-10
• 公開（公告）號: CN114314697A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 黃陸軍;宋金鵬;安琦;楊國波;叢光輝;王存玉;崔喜平;耿林
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525;H01M4/04
• 代理公司: 北京格允知識產權代理有限公司 11609
• 代理人: 譚輝

本發明提供了一種單晶高鎳鋰電正極材料及其制備方法，該制備方法包括：(1)將氧化鎳、四氧化三鈷、二氧化錳和碳酸鋰進行球磨處理，得到混合粉體；其中，所述混合粉體中鎳、鈷、錳的元素摩爾比為8:1:1；(2)將所述混合粉體進行燒結處理，得到所述單晶高鎳鋰電正極材料。本發明提供的單晶高鎳鋰電正極材料制備方法工序簡單，成本低，能夠有效合成單晶高鎳鋰電正極材料，且壓實密度高。

技術領域

本發明涉及電池材料技術領域，特別涉及一種單晶高鎳鋰電正極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池因其能量密度高、工作壽命長、工作電壓高、工作溫度范圍寬、無記憶效應、綠色環保等優勢而廣泛應用于3C產品、交通運輸、航宇以及軍事領域。其中，新一代鋰離子電池正極材料，高鎳三元正極材料具有高比容量、循環性能穩定而被廣泛應用于電動汽車領域。

NCM811正極材料，因其比容量高、且成本較低，被認為是最有應用前景的正極材料之一。現有工藝中NCM811材料多采用多晶二次球顆粒正極材料，該方法將鎳、鈷、錳三種元素均勻混合，充分發揮材料性能優勢，然而多晶二次球顆粒正極材料由于壓實后一次顆粒間產生縫隙，存在壓實密度低的缺點，導致材料體積能量密度較低；并且在充放電過程中易出現裂紋，導致容量加速衰減，穩定性差。隨著對鋰離子電池容量的更高要求，需要進一步提高鋰離子電池能量密度。

單晶材料能夠有效提高正極材料的壓實密度從而提高電池能量密度，并避免充放電過程中裂紋的出現，擴大鋰離子電池的應用范圍。然而，單晶高鎳體系的制備工藝尚不成熟，現有制備工藝主要有三種：前驅體混鋰高溫煅燒、前驅體混鋰多步煅燒、熔鹽合成。其中，前驅體混鋰后高溫煅燒需要較高的煅燒溫度(例如950℃)，因此制備過程中鋰揮發較多，導致制備成本增加，且高溫下顆粒團聚嚴重；前驅體混鋰多步煅燒雖然可稍降低合成溫度(例如850℃)，但其工序復雜，參數變量多，操作難度較大；熔鹽合成的成本較高；此外，這些制備工藝均需借助于共沉淀法制備的前驅體，而共沉淀法制備前驅體會產生工業廢水，處理成本高，不僅進一步增加了制備工序，且前驅體對最終制備的正極材料的性能影響大。因此，急需一種工序簡單、成本低的單晶高鎳鋰電正極材料的制備方法。

發明內容

本發明實施例提供了一種單晶高鎳鋰電正極材料及其制備方法，該制備方法工序簡單，成本低，能夠有效合成單晶高鎳鋰電正極材料。

第一方面，本發明提供了一種單晶高鎳鋰電正極材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

(1)將鎳源、鈷源、錳源和碳酸鋰進行球磨處理，得到混合粉體；其中，所述混合粉體中鎳、鈷、錳的元素摩爾比為8:1:1；

(2)將所述混合粉體進行燒結處理，得到所述單晶高鎳鋰電正極材料。

優選地，在步驟(1)中，所述鎳源優選為氧化鎳；

所述鈷源優選為四氧化三鈷；

所述錳源優選為二氧化錳。

優選地，在步驟(1)中，所述混合粉體中鋰、鎳、鈷、錳的元素摩爾比為(10.5～11.4):8:1:1。

優選地，在步驟(1)中，所述氧化鎳、所述四氧化三鈷、所述二氧化錳和所述碳酸鋰的純度均大于99％。

優選地，在步驟(1)中，所述球磨處理采用的球料比為(4～6):1；

所述球磨處理的轉速為300～400rpm，球磨時間為4～6h。

優選地，在步驟(1)中，所述球磨處理中還包括過程控制劑，所述過程控制劑的用量為所述氧化鎳、四氧化三鈷、二氧化錳和碳酸鋰的質量之和的100～250％。

優選地，所述過程控制劑包括乙醇。

優選地，所述混合粉體的粒徑為1-5μm。