[发明专利]一种单晶镍钴锰酸锂三元材料的制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，公开了一种单晶镍钴锰酸锂三元材料的制备方法。该方法包括：(1)将三元523单晶前驱体、锂源和含有掺杂元素的纳米助熔剂进行混合，控制锂源和三元523单晶前驱体的重量比为(0.5‑1):1，然后进行煅烧，得到D50为6‑9μm的团聚体结构晶种；(2)将步骤(1)得到的团聚体结构晶种与三元523单晶前驱体和锂源混合，得到混合料，然后将混合料进行煅烧，得到单晶镍钴锰酸锂三元材料。该方法可得到单晶形态良好、颗粒圆润、一次颗粒尺寸一致性好的三元材料，具有容量高、首次库伦效率高、循环性能好的优点，整个制备过程具有烧结温度低、烧结周期短、制备工艺简单的优点，具有较高的商业价值。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种单晶镍钴锰酸锂三元材料的制备方法。

背景技术

镍钴锰酸锂材料，即三元材料，通过Ni-Co-Mn的协同效用，结合了三种材料的优点：LiCoO₂的良好倍率性能，LiNiO₂的高比容量和LiMnO₂的高安全性及低成本性等，已成为最具发展前景的新型锂离子电池正极材料之一。

引入晶种的制备方法，在三元前驱体的生产过程中较常见，此类方法属于液相反应，加入晶种得到晶核，可以较高效率生产得到前驱体。比如，专利申请CN202010109284.3公开了一种高球形度三元前驱体晶种的制备方法及使用该晶种制备高球形度三元前驱体的方法。该方法通过引入已生产好的高球形度晶种，控制反应条件，使晶种逐步长大，从而得到满足所需粒径的高球形度前驱体，缩短生产周期。但是，对于三元材料的制备过程，其属于固相烧结反应，通过引入晶种的方法，缩短三元材料生产周期并得到电化学性能优良的材料的案例却很少见，也未得到较多验证。专利申请CN201711481964.2公开了一种锂离子电池正极材料及其制备方法和应用，所述正极材料含有化学式一所示组成的元素，并掺杂有M元素，且包覆有N元素；所述化学式一为：Li_vNi_xCo_yMn_zO₂，其中，1.00≤v≤1.10；0.30≤x≤0.70；0.05≤y≤0.40；0.20≤z≤0.50，2x+4y+4z＝2.5-3.5；所述M元素选自铝、镁、钛或锆中的一种或两种以上；所述N元素选自钴、镧或钇中的一种或两种以上。该专利申请通过掺杂包覆手段，对三元材料进行改性处理。但是，其掺杂包覆操作过程中，采用湿法混料的方式，使用去离子水作分散剂。掺杂过程中用去离子水湿法分散后，200℃干燥，保温1h处理，额外增加干燥工序，导致工艺流程复杂化、过程控制点增多，能耗增加。包覆过程中同样使用去离子水湿法分散，但未进行烘干处理，直接进炉烧结，对于水含量很高的混合料，未经干燥处理，直接进炉烧结，大量挥发的水分会损坏烧结炉的电子元器件结构，严重缩短烧结炉的使用寿命。

专利申请CN201911144733.1公开了一种单晶型镍钴锰酸锂三元正极材料及其低温烧结制备方法。所述方法包括取锂盐、D50为2.5～5.5um的NCM三元前驱体作为原料，采用干法混料的方式混合均匀，进行第一次烧结，烧结温度为870℃～920℃；将第一次烧结后的产物依次进行第一次粉碎、第一次过筛，得到一烧基材；将所述一烧基材与纳米包覆剂进行混合，进行第二次烧结，再依次进行破碎、第二次过筛，得到产品；在所述NCM三元前驱体和所述锂盐的混合物中，Li/(Ni+Co+Mn)的摩尔比为1.02～1.2，所述纳米包覆剂为含金属元素的氧化物、氢氧化物中的一种或多种的混合物。该方法实现了低温烧结单晶型镍钴锰酸锂三元正极材料，提高材料的结构稳定性，进而提高电化学循环性能。然而该专利申请通过掺杂包覆手段，对三元材料进行改性处理，使用相对低的烧结温度进行第一次烧结，保温时间为8～20h，在所有实施例中第一次烧结保温时间为12h，烧结周期偏长，且该专利申请中仅说明最高烧结温度和最高烧结温度的保温时间，未指出完整的烧结曲线。并且该专利申请中提出通过提高原料中的Li/Me比，降低烧结驱动力，有助于锂源与三元前驱体进行固相烧结反应的方式属于常规手段，很容易通过简易实验得出。