[发明专利]一种LATP单晶高电压正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体地说，涉及一种LATP单晶高电压正极材料及其制备方法。

背景技术

长期使用以煤、石油、天然气三大主要能源为代表的化石燃料，使得能源结构不合理，环境污染严重，特别是随着三大主要能源储量的日益减少，以及由此引发的全球变暖和生态环境恶化受到人们越来越多的关注。而开发清洁可再生的新能源是今后世界经济中最具决定性影响的技术领域之一。在能源开发中，充分利用自然力如风能、潮汐能、太阳能等具有重要意义，由于这些能源的作用不连续，要解决大规模利用这些自然能，需要有与之配套的能量储存器。锂离子电池作为一种栗色能源，自从上世纪90年代初，成功开发以来，就以其比能量高、工作电压高、应用温度范围宽自放电率低、循环寿命长、无污染等独特优势而倍受关注，目前商品化的锂离子电池正极材料主要为钴酸锂，磷酸亚铁锂和镍钴锰酸锂等，其中镍钴锰酸锂正极材料是一种具有层状结构的正极材料，因其兼有镍酸锂和钴酸锂的优点，且价格便宜、合成方便，同时也是现今锂离子电池研究的一大热点。目前，市面上主流高端智能手机均已经开始使用高电压锂离子电池(例如iPhone7/7plus，华为mate9/P10等)，以支持其产品更为强大的功能需求，可见，适合更高充电终止电压的正极材料的研究已成为必然趋势。而本发明的LATP单晶高电压正极材料有较好的循环性能，高的克容量，这也是本发明的一大优势，甚至成为钴酸锂的一部分替代品完全可以实现。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种LATP单晶高电压正极材料及其制备方法，相对于单晶具有普适性，且制备工艺简单，过程点容易控制，喷雾干燥制备的前驱体一致性能颗粒形貌良好，微波烧结时间短，且无毒对环境无污染，更经济环保。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

本发明一方面提供一种LATP单晶高电压正极材料的制备方法，包括以下几个步骤：

1)将镍盐，M盐溶于蒸馏水中在容器里混合均匀；

2)然后溶液通过雾化、干燥得到前驱体颗粒；

3)将前躯体放入300℃真空干燥箱预烧6h，冷却后研磨粉碎；

4)将上述前驱体与锂源按照摩尔比1:(1.12～1.25)混合，将混合样品加到高混机中，600r/min中速20分钟，900r/min高速30分钟；

5)将步骤4)制备的混和料压成片状，将压片的样品微波高温烧结，以50-100℃/min的速度升温到400-600℃，保温时间1-20min，而后升温到700-800℃，保温1-20min，最后升温到900-1000℃，保温10-60min；

6)将步骤5)制备样品冷却，对辊，研磨，解离，过筛，得到单晶结构的三元材料；

7)LATP制备目标产物为Li1.2Al0.6Ti1.4(PO4)3，故称取锂盐、铝盐、钛盐、磷酸盐按化学计量比为1.28:1.2:2.8:6的比例混合，锂盐过量8wt％是为了弥补锂盐在高温的挥发。将原料放入球磨罐中，加入适量有机溶剂，使有机溶剂完全浸湿原料，加上密封圈，然后将球磨罐用水胶布再次密封。将球磨罐安装在球磨设备上调整转速为280r/min，将上述混合物球磨5～9h，每球30min，间歇5min。打开球磨罐置于通风橱中，待溶剂挥发完全后进行研磨，得粉体。将产物移入马弗炉中进行高温烧结，以3℃/min升温到600～900℃之间恒温2～5h，在以4℃/min升温到1200～1500℃之间恒温1～4h自然冷却降温。研磨，过200～350目筛，装袋备用。

8)为了进一步改善步骤6)中材料的性能，将高温熔融法制备的LATP(磷酸钛铝锂)材料按一定比例0～2wt％混合，干法包覆均匀后转至马弗炉中400～700℃恒温4～8小时。冷却，过筛，即得最终目标产物。

进一步地，所需的镍盐为氯化镍、硝酸镍、硫酸镍、乙酸镍；M盐为Co、Mn、Al、Ca、Ti、Mg、B、Zr、Nb、Y、La、V元素的氧化物、氢氧化物、草酸盐、碳酸盐、硝酸盐、铵盐、醇盐、醋酸盐、硫酸盐的一种或多种。

进一步地，所需的锂源为乙酸锂、碳酸锂或氢氧化锂、硝酸锂中的一种或多种。

进一步地，锂源的用和前驱体摩尔比为1.12～1.25:1之间。

进一步地，所述一次高温烧结温度为400～1000℃，烧结曲线为1～6段，每段时间为1～15h，总烧结时间为1～30h。