[發明專利]一種高容量長循環的低鈷單晶正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202211477877.0
• 申請日: 2022-11-23
• 公開（公告）號: CN116130618A
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 趙小康;羅桂;譚欣欣
• 申請（專利權）人: 巴斯夫杉杉電池材料有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 郭蓓霏

1.一種高容量長循環的低鈷單晶正極材料，其特征在于，所述低鈷單晶正極材料的顆粒通過EPMA分析，離顆粒表面的距離為25nm至425nm的區域為第一區域，離顆粒表面的距離為425nm至顆粒中心的區域為第二區域；

所述第一區域的鈷濃度從外向內以每100nm降低6％～20％的速率呈梯度分布；

所述第二區域的鈷濃度從外向內以每100nm降低0.1％～6％的速率呈梯度分布。

2.根據權利要求1所述的低鈷單晶正極材料，其特征在于，所述第一區域與第二區域的鈷濃度降低速率之比為3～8∶1。

3.根據權利要求1所述的低鈷單晶正極材料，其特征在于，所述低鈷單晶正極材料的通式為Li_uNi_1-x-y-zCo_xMn_yM_zN_vO_2-w，其中，0.9≤u≤1.1，0＜x≤0.10，0＜y≤0.1，0≤z≤0.05，0≤v≤0.05，-0.05≤w≤0.05；M為摻雜元素，其選自Al、Mg、Zr、Ti、Y、W、Ta、Nb、Ce、Sn、B、Sr、Mo中的至少一種或多種；N為包覆元素，其選自B、Ce、Nb、Sn、W、Al、Zr中的至少一種或多種。

4.根據權利要求1所述的低鈷單晶正極材料，其特征在于，所述低鈷單晶正極材料在XRD衍射圖譜中104峰的半峰寬值為0.08～0.10，經過XRD精修后得到的鋰鎳混排值為1.8％～2.5％。

5.根據權利要求1所述的低鈷單晶正極材料，其特征在于，所述低鈷單晶正極材料的D50粒徑為3.0～4.0μm，一次顆粒晶粒尺寸為1.5～2.0μm，比表面積為0.4～0.8m²/g，總殘鋰為800～1400ppm。

6.根據權利要求1～5中任一項所述的低鈷單晶正極材料，其特征在于，所述低鈷單晶正極材料在0.1C倍率DQ/DV放電曲線中，于3.4V至3.6V處有凸起的還原峰。

7.一種如權利要求1～6中任一項所述低鈷單晶正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、將鎳基氫氧化物前驅體、鋰鹽、鈷源及摻雜劑混合均勻后，進行兩段燒結，第一段燒結的溫度大于第二段燒結的溫度；

S2、將步驟S1兩段燒結后得到的燒結產物進行粉碎解離，然后與包覆劑混合均勻后進行再次燒結，即得到所述的低鈷單晶正極材料。

8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述鋰鹽為碳酸鋰、氫氧化鋰、硝酸鋰、氟化鋰、磷酸鋰中的一種或兩種；所述鈷源為氫氧化亞鈷、羥基氧化鈷、四氧化三鈷中的一種或兩種；所述摻雜劑為M鹽，其為含有Al、Mg、Zr、Ti、Y、W、Ta、Nb、Ce、Sn、B、Sr、Mo中的一種元素的化合物或多種元素的化合物，所述包覆劑為N鹽，其為含有B、Ce、Nb、Sn、W、Al、Zr中的一種元素的化合物或多種元素的化合物，所述鋰鹽中的鋰元素與鎳鈷錳氫氧化物前驅體的摩爾比為1.05～1.08∶1。

9.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，在步驟S1中，所述兩段燒結的條件如下：第一段燒結的溫度為800～1000℃，升溫速率為1～3℃/min，保溫時間為2～5h；第二段燒結的溫度為600～800℃，保溫時間為8～20h，兩段燒結均在含氧氣氛中進行；

在步驟S2中，所述再次燒結的溫度為200～700℃，在含氧氣氛中進行，升溫速率為1～3℃/min，保溫時間為4～10h。

10.根據權利要求7～9中任一項所述的制備方法，其特征在于，在步驟S2中，所述粉碎解離具體包括如下步驟：將所述燒結產物依次用顎式破碎機與對輥機進行初破碎，然后經過氣流磨粉碎機進行粉碎，控制氣壓為0.2～0.4MPa，分級頻率為30～50Hz，引風頻率為30～50Hz。