[發明專利]一種單晶富鋰錳正極材料的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202210570101.7
• 申請日: 2022-05-24
• 公開（公告）號: CN114875471A
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 拓萬升;吳平;孫旭
• 申請（專利權）人: 寧夏漢堯石墨烯儲能材料科技有限公司
• 主分類號: C30B1/10
• 分類號: C30B1/10;C30B29/22;H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及鋰電池材料領域，尤其涉及一種單晶富鋰錳正極材料的制備方法及其應用。單晶富鋰錳正極材料的制備方法步驟包括以下幾步：(1)溶液噴霧造粒；(2)高溫煅燒；(3)配鋰二燒；(4)粉碎過篩除磁。本發明提供的一種單晶富鋰錳正極材料，其具有正極材料的尺寸均一性，并且同時有效保證了其具有優異的電化學性能，并且具有良好混摻性能，適宜在鋰電池領域推廣，具有廣闊的發展前景。

技術領域

本發明涉及鋰電池材料領域，尤其涉及一種單晶富鋰錳正極材料的制備方法及其應用。

背景技術

隨著今年來新能源汽車行業的飛速發展，市場對高性能動力電池的需求也越加強烈。鋰離子電池是在最近30年來快速發展起來的一種可充電電池。鋰離子電池能夠提供較高的工作電壓以及較長的使用壽命，不具備一些傳統二次電池所具備的缺陷(如記憶效應、自放電、環境污染等)，已經推廣并迅速成為在全世界范圍應用最多、應用范圍最廣的二次電池。鋰離子電池主要應用于手機、平板電腦、筆記本電腦、平衡車、無人機等電子產品儲能設備領域，同時也是當下動力電池領域的最主要的支撐者。

但是，另一方面制備更高容量的正極材料也逐漸成為了鋰電行業面臨的挑戰，其中多晶富鋰錳雖有較高的理論克容量，但是其壓實密度不如單晶高，且高電壓下，多晶材料在充放電過程中結構更容易瓦解。然而，單晶富鋰錳材料因其不需要鈷，具有更高的理論比容量且高電壓下充放電性能更好等優勢而成為行業的研究重點，本發明可以制備一種性能優良的單晶富鋰錳正極材料。

現有技術(CN201810368636.X)提供了一種單晶富鋰錳基正極材料及其制備方法，其通過前驅體預燒，燒結等處理，制備成了一種正極材料，并且聲稱其具有良好的動力學性能，顆粒粒徑均勻。但是受限于其制備方法，其制備正極材料尺寸較差，顆粒感較差，表面較為粗糙。

因此，本申請提供了一種單晶富鋰錳正極材料的制備方法，制備的正極材料形貌及顆粒尺寸均一，且具備優異的電化學性能，該材料通過混摻其他產品使用發揮了其優良的理化及電化學性能。

發明內容

為了解決上述問題，本發明第一方面提供了一種單晶富鋰錳正極材料的制備方法，步驟包括以下幾步：(1)溶液噴霧造粒；(2)高溫煅燒；(3)配鋰二燒；(4)粉碎過篩除磁。

作為一種優選的方案，所述溶液噴霧造粒的具體操作為：(1)按照特定比例將硫酸金屬鹽溶于純水溶液，充分攪拌均勻，配制得噴霧液；(2)將噴霧液置入噴霧造粒設備進行噴霧造粒，得到硫酸金屬鹽晶粒。

作為一種優選的方案，所述硫酸金屬鹽為硫酸鎳和硫酸錳的混合物。

作為一種優選的方案，所述硫酸鎳和硫酸錳混合物中的鎳和錳金屬的摩爾比為7～9:11～13。

作為一種優選的方案，所述噴霧液中硫酸金屬鹽的濃度為1～10mol/L；所述噴霧液中的分子式為Ni_xMn_ySO₄，且其中0.3X0.5，0.5Y0.7。

作為一種優選的方案，所述噴霧造粒的噴霧方式為離心式或二流體式；所述硫酸金屬鹽晶粒的平均粒徑為5～30μm。

作為一種優選的方案，所述高溫煅燒的具體操作為：將得到的硫酸金屬鹽晶粒置于煅燒爐中高溫煅燒，得到單晶形貌的相應金屬氧化物，即得正極材料制備的前驅體。

作為一種優選的方案，所述配鋰二燒的具體操作為：將得到的前驅體配比鋰源于高速混合機中混合均勻，將混料物裝缽后置于燒結爐中煅燒，最終即得正極材料。

作為一種優選的方案，所述高溫煅燒的溫度為800～1000℃，時間為5～10小時；所述配鋰二燒的溫度為600～900℃，時間為12～24小時。

作為一種優選的方案，所述鋰源為碳酸鋰、氫氧化鋰、硝酸鋰、氯化鋰、草酸鋰中的至少一種。