[发明专利]一种锂离子电池用高体积能量密度三元正极材料及制备方法

说明书

本发明提供了一种高体积能量密度锂离子电池正极材料的制备方法，包括下述步骤：S1、将三元正前驱体、锂盐和掺杂氧化物混合均匀；S2、将S1中的混合物在氧气或空气气氛炉中预烧结，待其冷却，在预烧材料中加入形体改良剂，混合均匀；S3、将S2中所得材料在氧气或空气气氛下进行烧结，得到所述高体积能量密度单晶三元正极材料。其中加入形体改良剂，可以控制锂离子脱出的量，减小晶体的在充放电过程中的膨胀收缩程度，循环稳定性得到了提升，同时增大了晶体颗粒尺寸，提升了材料的振实密度。本发明方法简单的通过在前驱体和锂盐的混合物中加入一定量助烧材料，在混合气体中于一定温度保温一段时间，能获得高体积能量密度单晶三元正极材料。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种锂离子电池用高体积能量密度单晶三元正极材料的合成方法。

背景技术

随着全球化的发展，社会经济在不断进步，3C数码类电子产品是人们丰富多彩生活中不可缺少的一部分。锂离子电池因其能量密度高，使用寿命长，和相对较高的安全性等优异的特性，被3C产品的开发商选为电源。在现今大规模商业化的锂电池正极材料种类主要是：磷酸铁锂(LiFePO₄)、锰酸锂(LiMn₂O₄)、钴酸锂(LiCoO₂)和镍基三元材料(LiNi_xCo_yB_1-x-yO₂)(1≥x≥y≥0，B为Mn或者Al)。然而磷酸铁锂正极材料

因为需要对其纳米化，导致其体积能量密度不高，难以适用于空间有限的3C数码类电子产品；锰酸锂因为其放电比容量较低，其本身的能量密度有限；钴酸锂因为具有着高的理论比容量，高的电压平台，高的振实密度等特点，使得钴酸锂拥有着非常高的体积能量密度，所以钴酸锂自1991年被索尼公司商业化以来，主要是作为3C数码类电子产品电池中的正极材料；镍基三元材料是一类实际放电比比容量高的材料，是一类有望取代钴酸锂材料，成为3C类产品电池中新的正极材料。

随着新世纪材料的不断发展，对于钴酸锂正极材料，尽管研究者在不断的对现有技术进行革新，但是因其本身的特性：锂离子从钴酸锂中脱出一半以后，其晶体结构就会发生相变，导致其实际放电比容量有限，而且因为电解液的耐电压窗口有限，限制了钴酸锂材料向高电压充电。钴酸锂已逐渐达到它的体积能量密度的上限了，且钴金属具有比较昂贵的价格。因此如何满足现在对3C产品电池对高体积能量密度和低成本的需求，是亟待探索和解决的问题。

与常规单晶为了解决方便地制得单晶三元正极材料，进而提高锂离子电池能量密度的技术问题，目前多部分研究集中在对三元材料进行体相掺杂或表面掺杂上。比如CN103296249A、CN108545785A中记载的方法。但这些掺杂方法中，往往掺杂元素在正极材料中分布并不均匀，进而其容量和稳定性也会受到影响。因此，开发一种能够提高体积比能量，同时对锂电池性能不会产生不利影响的三元正极材料对于锂电池行性能提升具有重要的价值和意义。

发明内容

鉴于以上问题，本发明的创新点在于提升三元正极材料颗粒粒径，提高其振实密度；同时减少锂离子的脱出量，减少三元正极材料在充放电过程中的晶体膨胀和收缩，进而增强正极材料的循环稳定性。因此本发明提供的是一种锂离子电池用高体积能量密度单晶三元正极材料的合成方法，利用形体改良剂，对三元正极的材料进行形体改良，调节晶体晶胞参数，增大晶体尺寸，通过优化粒径分布使其达到更高的振实密度，旨在进一步提高锂离子电池正极材料的体积能量密度。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种高体积能量密度锂离子电池正极材料的制备方法，包括下述步骤：

S1、将三元正前驱体、锂盐和掺杂氧化物混合均匀；

S2、将S1中的混合物在氧气或空气气氛炉中预烧结，待其冷却，在预烧材料中加入形体改良剂，混合均匀；