[發明專利]一種小粒徑單晶正極材料及其制備方法與鋰離子電池

在審

• 申請號: 202310089289.8
• 申請日: 2023-02-01
• 公開（公告）號: CN116081700A
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 魏國禎;祖國晶;王鵬峰;曾雷英;姜龍
• 申請（專利權）人: 廈門廈鎢新能源材料股份有限公司
• 主分類號: C01G51/00
• 分類號: C01G51/00;C01G53/00;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳市賽恩倍吉知識產權代理有限公司 44334
• 代理人: 彭輝劍

本申請公開了一種小粒徑單晶正極材料的制備方法，包括以下步驟：按照化學計量比取鋰源化合物、鎳源化合物、鈷源化合物和錳源化合物，與絡合劑A的水溶液進行混合，反應得到混合溶液；向混合溶液中加入絡合劑B的水溶液，反應得到溶膠；將所述溶膠加熱，蒸發濃縮，形成凝膠；將所述凝膠進行分步煅燒，得到小粒徑單晶正極材料。其中，所述絡合劑A為2?羥基丙酸、天冬氨酸、奎寧酸、琥珀酸或蟻酸中的至少一種；所述絡合劑B為抗壞血酸、氨基葡萄糖、酪氨酸或氨基丁酸中的至少一種。本申請還公開了一種小粒徑單晶正極材料以及包括所述正極材料的鋰離子電池。

技術領域

本申請涉及鋰離子電池正極材料技術領域，尤其涉及一種小粒徑單晶正極材料及其制備方法與鋰離子電池。

背景技術

小粒徑單晶正極材料(通常指中位粒徑D50小于5μm)具有電化學性能穩定，循環性能優異，比容量高等優點，并且由于其粒度小，使得鋰離子從顆粒中脫出/嵌入的路徑短，時間少，不僅能夠提升材料在高電壓下的比容量發揮，還可以有效改善材料的高溫循環、脹氣、比容量恢復等方面的問題，因此小粒徑單晶正極材料的制備研究受到廣泛關注。

現有制備單晶正極材料的方法一般先采用控制結晶法將混合的金屬鹽溶液在絡合劑與沉淀劑的作用下沉淀制備小粒徑多晶前驅體，然后將正極材料前驅體與鋰源混合后煅燒、破碎后獲得單晶正極材料。目前該工藝合成的多是粒徑尺寸5-12um的顆粒，且煅燒難度大，工藝要求高。

發明內容

為解決上述問題，本申請提供一種操作簡單、成本低且粒徑可控的小粒徑單晶正極材料的制備方法。

本申請的另一目的在于提供一種采用上述制備方法制備得到的小粒徑單晶正極材料。

本申請的另一目的在于提供一種包括上述小粒徑單晶正極材料的鋰離子電池。

本申請提供一種小粒徑單晶正極材料的制備方法，包括以下步驟：

S1：按照化學計量比取鋰源化合物、鎳源化合物、鈷源化合物和錳源化合物，與絡合劑A的水溶液進行混合，反應得到混合溶液；

S2：向所述混合溶液中加入絡合劑B的水溶液，反應得到溶膠；

S3：將所述溶膠加熱，蒸發濃縮形成凝膠；

S4：將所述凝膠進行分步煅燒，得到小粒徑單晶正極材料；

其中，所述小粒徑單晶正極材料的化學通式為Li_kNi_xCo_yMn_zO₂，x:y:z＝(0.10～0.85):(0.05～0.40):(0.10～0.35)，0.95≤k≤1.15；所述絡合劑A為2-羥基丙酸、天冬氨酸、奎寧酸、琥珀酸或蟻酸中的至少一種；所述絡合劑B為抗壞血酸、氨基葡萄糖、酪氨酸或氨基丁酸中的至少一種。

本申請還提供一種采用上述制備方法制備得到的小粒徑單晶正極材料，所述小粒徑單晶正極材料的粒徑D50為1.5μm～5μm。

另外，本申請還提供一種包括上述小粒徑單晶正極材料的鋰離子電池。

與現有技術相比，本申請中提供的小粒徑單晶正極材料的制備方法的優勢為：

(1)本申請中采用兩種絡合劑組合使用，且分步反應，兩種絡合劑協同作用，相互促進了交聯效率，使得制備得到的小粒度單晶正極材料具有較高的結晶度，較高的機械強度以及良好的單晶形態。

(2)本申請制備的小粒徑單晶正極材料具有高度平整光滑的單晶顆粒特性，粒徑D50為1.5μm～5μm，組裝成鋰離子電池后顆粒表面與電解液的接觸面減小，相應的正極材料與電解液的副反應明顯減少，有效降低由于副反應產生的放熱、放氣現象，使電池具有更好的高溫安全性能、高溫倍率性能和充放電壓平臺。

附圖說明