[發明專利]凝膠混合物制取高倍率單晶正極材料的方法及其應用

在審

• 申請號: 202211425351.8
• 申請日: 2022-11-15
• 公開（公告）號: CN115763781A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 王濤;余海軍;謝英豪;李愛霞;張學梅;李長東
• 申請（專利權）人: 廣東邦普循環科技有限公司;湖南邦普循環科技有限公司
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/505;H01M4/48;H01M10/0525;C01G53/00;C01G3/00
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 吳靜均

本發明公開了一種凝膠混合物制取高倍率單晶正極材料的方法及其應用，本發明將前驅體進行破碎，與鋰源混合，在低溫下進行短時間燒結，使鋰進入到前驅體內部結構中，此時材料的顆粒度較小，通過蒸干溶膠液，形成凝膠均勻附著在物料表面，先低溫燒結，再高溫燒結形成類超導結構的釔鋇銅氧體，同時正極材料達到完全結晶，本方法能夠在包覆正極材料的同時，避免顆粒間的晶界熔合，形成小顆粒單晶，并具有較高的導電性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池正極材料技術領域，具體涉及一種凝膠混合物制取高倍率單晶正極材料的方法及其應用。

背景技術

綠色能源快速發展的今天，高倍率電動工具的使用，已經得到普及，尤其是20C、40C甚至更高倍率電動工具的普及，對正極材料的倍率性能要求越來越高；同時，隨著新能源汽車的逐漸推廣，混合動力汽車(HEV)作為新能源的一個分支，逐漸得到消費者的接受和信賴，作為HEV電池的正極材料，需要具備瞬時放電倍率高、循環壽命長、功率性能好等優點。電動工具和新能源汽車兩個領域，均需要正極材料在具備超高倍率的同時，兼顧循環壽命長的特點。

目前，市場主流正極材料產品形貌多為一次顆粒團聚而成的二次球為主，由于二次球型NCA/NCM材料的粒度分布很廣，導致該類材料在極片輥壓過程中極易產生受力不均導致的二次球形貌破裂，影響到極片的壓實密度。電解液難以完全浸潤二次球形貌的正極材料，導致極片內阻增加，同時由于二次顆粒形貌破碎，導致材料和電解液之間的接觸面積更大從而引起更加劇烈的副反應，導致電芯內阻增加并限制其在高端市場的應用。另外，由于二次球的粒度分布廣、間隙不均一和易破碎等特點，很難實現對材料的均勻包覆。

相對于傳統二次球型正極材料，單晶或類單晶型產品因具更高的壓實和振實密度，有效避免了在極片輥壓過程中出現的顆粒破碎等現象，并降低電解液和材料之間的副反應，提升單體電池的循環性能和高倍率條件下的表現。

現有技術中，單晶類正極材料倍率性能差，循環穩定性差，難以實現超高倍率穩定充放電循環；而且多采用高溫燒結法和助劑法制備的單晶正極材料顆粒尺寸分布不均勻且粒徑較大(微米級)、機械完整性較差。

另一方面，現有技術多采用包覆的方式改善正極材料的性能，然而隨著包覆種類和包覆量的增加，正極材料的粉末電阻率直線上升，這制約了正極材料的循環性能。

如何實現正極材料的快充性能，達到穩定的超高倍率充放電循環，是一個亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明旨在至少解決上述現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種凝膠混合物制取高倍率單晶正極材料的方法及其應用，能夠在包覆正極材料的同時，避免顆粒間的晶界熔合，形成小顆粒單晶，并具有較高的導電性能。

根據本發明的一個方面，提出了一種凝膠混合物制取高倍率單晶正極材料的方法，包括以下步驟：

S1：將正極材料前驅體進行粉碎，所得粉碎料與鋰源混合，在有氧氣氛下升溫至500-550℃反應，得到一燒料；

S2：將釔鹽、鋇鹽、銅鹽、有機溶劑和絡合劑混合，得到溶膠液，將所述一燒料加入至所述溶膠液中，加熱蒸干，得到固體凝膠混合物；

S3：所述固體凝膠混合物在氧氣氛圍下先升溫至400-450℃反應，再升溫至850-900℃反應，然后降溫至450-550℃反應，所得反應產物進行破碎，即得所述高倍率單晶正極材料。