[发明专利]一种高镍大晶粒三元材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种高镍大晶粒三元材料，通式为LiNi_xCo_yM_zO₂，其中M为Mn或Al，x+y+z＝1且0.65≤x≤0.95，0≤y≤0.25，0.015≤z≤0.25。本发明还提供一种高镍大晶粒三元材料的制备方法，其步骤包括：称取前驱体、锂源、添加剂，采用固相混合方式混合均匀，得到混合物；将上述混合物进行烧结，得到高镍单晶LiNi_xCo_yM_zO₂材料。

技术领域

本发明涉及一种高镍大晶粒三元材料及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

由于锂离子电池具有工作电压高、比容量高，循环稳定性好等优点，已经在各行业得到广泛应用，尤其是3C及动力电池领域。

锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解液等几个主要部分组成。其中正极材料是现阶段限制锂电池发展的关键材料。锂离子电池正极材料主要有以下几类：钴酸锂、三元材料、锰酸锂、磷酸铁锂。其中钴酸锂及三元材料属于锂-过渡金属层状复合氧化物，为三方晶系，R空间群。锰酸锂属于尖晶石结构，磷酸铁锂属于橄榄石结构。

钴酸锂一般应用于数码领域，三元材料、锰酸锂和磷酸铁锂主要应用于动力电池领域。锰酸锂循环过程中，Mn会发生溶解，造成循环变差，高温下容量衰减更严重，因此锰酸锂在动力电池领域逐步被其他材料取代。磷酸铁锂材料具有优异的循环稳定性，但是其低温性能稍差，而且能量密度较低，渐渐不能满足人们对电动车续航里程日益增长的需求。而三元材料由于其较低的价格、优异的循环性能和较高的能量密度逐渐成为动力电池正极材料的主流。

三元材料通式为LiNi_xCo_yM_zO₂，Ni、Co元素为活性材料，通过电化学反应为电池提供容量，M元素为惰性材料，为材料晶体结构提供支撑，增强材料的结构稳定性。M元素一般主要为Mn和Al。

Ni的氧化还原电位比较低，在相同的电压窗口下，Ni的含量越高，材料能够发挥出的容量就越高。随着对电动车续航里程要求的逐步提高，市场上现有的低中镍三元材料渐渐不能满足人们需求，高镍三元材料理所当然成为动力电池发展的最佳选择。

目前市面上的高镍三元材料都是以一次颗粒团聚成的二次颗粒组成的团聚体。高镍材料结构稳定性要比低中镍材料要低，而团聚体在对辊和循环过程也会出现破碎，加剧副反应。因此，高镍三元团聚体的安全性能较差。

单晶材料可以比较有效地解决三元材料的安全问题。中低镍的三元单晶合成相对简单，已经有较多的相关专利。如中国发明专利CN103840151A，利用两步煅烧法合成了特殊形貌的单晶材料LiNi_xCo_yMn_zM_vO₂，但是，0.2≤x≤0.6，属于中低镍范围。中国发明专利CN104979546A，通过合成花簇型的前驱体，与锂源共混，然后烧结合成了单晶三元材料。中国专利申请CN102593442A中公开了一种高压实密度单晶正极材料的制备方法：采用镍钴锰氧化物和碳酸锂在一定的温度和气氛下进行煅烧。中国发明专利CN101847722A通过将微米级前驱体研磨到纳米级后，经高温烧结制备了微米级单晶颗粒。这些单晶专利布局中都涉及到了高镍三元材料合成，但是方法都延续低镍单晶的合成工艺，此类单晶形貌较差、粒度不均匀、表面细粉多，导致材料性能较差。因此急需开发一种能够简单有效地合成高品质高镍大晶粒三元材料的工艺。

发明内容

本发明目的是提供一种高镍大晶粒三元材料及其制备方法，通过在混料时加入少量的添加剂，并选择合适的烧结温度即可得到形貌良好、电性能优异的高镍大晶粒三元材料。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：