[发明专利]一种无钴单晶材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.无钴单晶材料，其特征在于：所述无钴单晶材料的分子式为：Li_xNi_yMn_1-yO₂，其中1.01≤x≤1.09，0.5≤y1；

所述无钴单晶材料的D003特征值为a，D104特征值为b，其中a和b的值满足：2≤a/b≤3；

所述无钴单晶材料的颗粒为椭球体形貌，单晶尺寸为1.6～1.7微米，D50为2.8～3.5微米。

2.根据权利要求1所述无钴单晶材料，其特征在于：b为：75≤b≤85。

3.根据权利要求1所述无钴单晶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将锂源和Ni_yMn_1-y(OH)₂基体混合搅拌均匀，进行高温预处理，得预处理的基体材料，其中0.5≤y1；

(2)向预处理之后的基体材料中加入添加剂混合搅拌均匀，在氧气气氛下，进行烧结；待烧结完毕，将烧结后的物料依次经破碎、粉碎、过筛处理；

(3)将步骤(2)过筛处理所得物料，在活化气体氛围下，进行单晶材料表面刻蚀修饰处理；并将修饰后的单晶材料与包覆剂混合均匀，在氧气氛围下进行烧结，将烧结后的物料依次经过筛、除铁处理得无钴单晶材料。

4.根据权利要求3所述一种无钴单晶材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述锂盐为LiOH·H₂O或碳酸锂，所述锂盐的添加量按照：Li的摩尔与基体中Ni和Mn的总摩尔比为1～1.1：1。

5.根据权利要求3所述一种无钴单晶材料的制备方法，其特征在于，所述高温预处理为：将Ni_yMn_1-y(OH)₂基体和锂源的混合物在500～700℃的条件下处理5～10h。

6.根据权利要求3所述一种无钴单晶材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述添加剂为氧化锆、氧化锶、氧化钇和氢氧化铝的混合物；

所述氧化锆的添加量为基体质量的0.2％-0.4％，所述氧化锶的添加量为基体质量的0.05％-0.07％，所述氧化钇的添加量为基体质量的0.08％-0.12％，所述氢氧化铝的添加量为基体质量的0.08％-0.12％。

7.根据权利要求3所述一种无钴单晶材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，混合搅拌的速度为1000～1200r/min，混合搅拌的时间为10～20min；

在氧气气氛下进行烧结为：在通氧量为15～20ml/min的条件下进行烧结；

所述烧结为：以1-3℃/min的升温速率，在460-500℃下保温1.8-2.2h，升温至580-620℃保温2.8-3.2h，再升温至780-820℃保温2.8-3.2h，再升温至800～960℃保温8～14h；经过筛处理所得物料的D50为2.8～3.5um。

8.根据权利要求3所述一种无钴单晶材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述刻蚀修饰处理为：向物料中通入活化气体进行刻蚀修饰处理5～10h，所述活化气体为水蒸气、氨气、氧气和氯气的混合气体。

9.根据权利要求3所述一种无钴单晶材料的制备方法，其特征在于，所述包覆剂为氧化铝、钨酸和氧化钛的混合物，所述氧化铝的添加量为修饰后的单晶材料重量的0.12％-0.16％；所述钨酸的添加量为修饰后的单晶材料重量的0.18％-0.22％；所述氧化钛的添加量为修饰后的单晶材料重量的0.04％-0.06％。

10.根据权利要求3所述一种无钴单晶材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，混合搅拌的速度为800～1000r/min，混合搅拌的时间为10～20min；在氧气气氛下进行烧结为：在通氧量为10～15ml/min的箱式气氛炉中进行烧结；所述烧结为：以1-3℃/min的升温速率加热至400～600℃，并保温8～10h。

11.一种锂电池，其特征在于，包括权利要求1-2任一项所述无钴单晶材料或权利要求3-10任一项制备方法所得无钴单晶材料。