[发明专利]一种纯固相法制备高镍四元单晶正极材料的方法

说明书

本发明公开了一种纯固相法制备高镍四元单晶正极材料的方法，将锂、镍、钴、锰的化合物及铝粉按照化学式Lix(Ni1‑a‑b‑cCoaMnbAlc)O2的摩尔比x:(1‑a‑b‑c):a:b:c称取相应的原料，其中0.9≤x≤1.2，0.6≤1‑a‑b‑c≤0.97，0.01≤a≤0.2，0.01≤b≤0.2，0.01≤c≤0.1；将原料放入球磨瓶内，加入氧化锆球进行干法混合研磨，再进行高温烧结、粉碎，得到高镍四元单晶正极材料。本发明采用干法混磨，混料效率高、混合效果好；采用固相合成法，工艺过程简单、成本低、易于工业化生产，减少湿法制备前驱体的复杂流程，降低对环境的危害，提高生产效率。本发明的高镍四元正极材料结构稳定，安全性能高，且循环寿命长、热稳定性好。

技术领域：

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及到一种纯固相法制备电化学性能优良的高镍四元单晶正极材料的方法。

背景技术：

随着国家对新能源汽车政策补贴退坡、国际竞争加剧及新能源汽车续航里程要求不断提高，国内外锂电企业正在向高镍三元材料领域积极布局。高能量密度的高镍三元材料LiNi_xCo_yAl_zO₂和LiNi_xCo_yMn_zO₂(X≥0.8)是实现国家政策要求比能量的最佳材料，两种高镍材料的能量密度高、成本低，但是存在对水分比较敏感、稳定性和循环性差、技术门槛高等问题。另外，以上两种常规高镍三元正极材料以团聚体的形式存在，其压实密度偏低、高压实下易破碎和副反应加剧、高电压充放电过程中易发生结构坍塌，造成电化学性能下降，因此，能够将LiNi_xCo_yAl_zO₂和LiNi_xCo_yMn_zO₂两者优势结合在一起，并克服两种材料的劣势，是我们亟需解决的问题。

发明内容：

为解决上述问题，本专利提出一种纯固相法制备高镍四元单晶正极材料的方法，充分结合了LiNi_xCo_yAl_zO₂和LiNi_xCo_yMn_zO₂两者的优势，发挥了高镍单晶正极材料高比容量、高压实、长循环稳定性、高安全性等优点，克服了常规高镍三元正极材料存在的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种纯固相法制备高镍四元单晶正极材料的方法，其特征在于将锂、镍、钴、锰的化合物及铝金属粉末按照化学式Li_x(Ni_1-a-b-cCo_aMn_bAl_c)O₂的摩尔比称取相应原料，其中0.9≤x≤1.2，0.6≤1-a-b-c≤0.97，0.01≤a≤0.2，0.01≤b≤0.2，0.01≤c≤0.1。

在一个或多个实施例中的一种纯固相法制备高镍四元单晶正极材料的方法，其步骤为：

(1)Li_x(Ni_1-a-b-cCo_aMn_bAl_c)O₂的合成

按照Li：Ni：Co：Mn：Al＝x:1-a-b-c:a:b:c的摩尔比称取锂盐、镍盐、钴盐、锰盐及铝金属粉末，置于球磨瓶内，再加入氧化锆球进行干法混合研磨，球磨时间1～4小时，并在高温和氧气气氛下烧结，烧结分为两段温度烧结，首先是在400～600℃的空气气氛烧结4～12小时，烧结完毕后，破碎过400目筛，然后在700～900℃纯氧气氛中烧结10～40小时，冷却、破碎过400目筛，即得到高镍四元单晶正极材料。