[发明专利]一种8系高镍NCM811三元正极单晶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种8系高镍NCM811三元正极单晶及其制备方法。将LiCH₃CO₂∙2H₂O,Ni(CH₃CO₂)₂∙4H₂O,Mn(CH₃CO₂)₂∙4H₂O,Co(C₂H₃O₂)₂∙4H₂O，螯合剂，以及助熔剂,按照Ni:Co:Mn=8:1:1的摩尔比进行混合，得到混合料；将所得的混合料充分溶解于去离子水中，将氨水或醋酸加入所得的溶液中，以调配溶液的pH值介于7‑9之间；将所得的溶液在微波水热环境中，将所得的冷却溶液，置于离心设备中，将沉淀物与溶剂充分分离；将漂洗后的沉淀物在干燥，得8系高镍NCM811三元正极单晶材料。本发明方法成本低，工艺可控且相对简单；制备得到的8系高镍NCM811三元正极单晶料径小，晶面发育完全，与电解液接触好，循环性能好，物理化学性能稳定，易存储。

技术领域

本发明涉及一种8系高镍NCM811三元正极单晶及其制备方法，属于储能材料技术领域。

背景技术

锂离子正极材料主要包括磷酸铁锂、钴酸锂、和三元正极材料等，其中三元正极材料的化学式为LiNixCoyMnzO2（简称NCM），由于它同时具有钴酸锂的良好循环性能、镍酸锂的高比容量、以及锰酸锂的安全性，因而成为当今动力锂离子电池的主流。

随着新能源汽车的快速发展，人们对动力锂离子电池的能量密度提出了越来越高的要求。对于主流的三元NCM动力锂电池，提高充电电压和降钴增镍，是两种通常采用的容量提升手段。

对于提高充电电压来讲，由于传统的三元NCM材料是由200-300nm的一次颗粒团聚而成的10微米左右的二次球形多晶粉末颗粒，颗粒内部存在大量晶界，随着充电电压的提高，三元多晶粉末颗粒各向异性的晶格变化，晶界很容易开裂，导致二次颗粒发生破碎，比表面积和界面副反应快速增加，进而导致电池阻抗上升，安全性能急速下降。

对于降钴增镍（提高镍含量）来讲，截至2020年，人们已经把传统1系NCM111提高到镍5系NCM523、镍6系NCM622和高镍8系NCM811，其容量也从140mAh/g提升到了200mAh/g，动力电池的能量密度也提高到了230-300Wh/kg。然而，随着镍含量的增高，制备难度和成本都显著增加，比如NCM811，虽然能量密度高，但存在难加工、易变质和易产气等问题。

以上两个技术瓶颈，长期以来严重阻碍着高容量电芯产品的发展。因此，迫切需求一款高容量、长循环以及高安全性能的三元正极材料来代替传统的8系高镍三元正极材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种8系高镍NCM811三元正极单晶及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。本发明在于克服传统多晶粉末颗粒在充放电过程中易于破碎，以及8系高镍NCM811的不稳定性问题，从而提供一种物化性能稳定的单晶型NCM811三元正极材料及其制备方法。采用无晶界的单晶取代传统的三元多晶粉末颗粒，一方面可以提高锂离子传输效率，另一方面可以减小正极与电解液之间的副反应，可有效解决晶界破碎及性能恶化问题，不仅可以把整个体系的电压提升到一个新的高度，提高了电池的能量密度，而且增强了NCM的稳定性，为高能量密度锂离子电池的安全和长寿命之路，提供了一个全新的可行的解决方案。

为实现上述目的本发明采用以下技术方案：

一种8系高镍NCM811三元正极单晶的制备方法，包括以下步骤：