[发明专利]一种无钴单晶材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种无钴单晶材料及其制备方法，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：75≤b≤85，2≤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。本发明的有益效果为：无钴单晶材料在制备过程中，单晶材料表面经刻蚀修饰处理，材料表面变得很粗糙且形成了许多的刻蚀修饰位点，这使得包覆剂可以更好的粘结包覆在单晶材料表面，从而发挥出更好的包覆效果，有效的改善了无钴单晶材料的倍率性能和循环稳定性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种无钴单晶材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂电池用镍钴锰三元正极材料由于能量密度高，受到锂离子电池领域的广泛认可。目前，常用的三元材料中，由于其中含有的钴元素价格昂贵且具有污染性，一定程度上制约着该材料的广泛使用。此外，多晶三元材料是由多个一次颗粒团聚而成，在充放电过程中，晶格常数各向异性变化产生的应力导致材料结构的塌陷及进一步的表界面副反应，极大的加剧了电池循环性能的衰减。目前，有众多的企业、院校，在向着无钴单晶材料方向进行研究发展。

如今，现有无钴单晶材料多为Ni-Mn基材料。该Ni-Mn基无钴单晶材料，首先，本身就不含钴元素，生产制备的成本和对环境的污染降低。其次，单晶本身就是粒径较大的一次颗粒，具有较高的结晶度和较大的压实密度，而且单晶本身承受各向异性变化产生应力的能力优于多晶。然而，这种Ni-Mn基无钴单晶材料，在没有钴元素的情况下，层状结构的稳定性很差，在经过多次充放电之后，结构中的Mn元素更容易差生晶格位错而导致结构塌陷且Mn易于溶出并溶解于电解液中，导致该Ni-Mn基无钴单晶层状正极材料在锂电池中的倍率、循环稳定性急剧恶化。

现有技术，通常都是采用掺杂和包覆工艺进行无钴单晶材料的制备；但是，存在的问题依然是，该材料在制备过程中，包覆剂与光滑的单晶材料表面结合性能差，在高倍率和长循环充放电过程中容易导致包覆剂从材料表面脱落，与电解液发生副反应，从而导致电池容量加速衰减。

发明内容

本发明主要提供了一种无钴单晶材料(Li_xNi_yMn_1-yO₂，1.01≤x≤1.09，0.5≤y1)的制备方法，以解决该材料在制备过程中，包覆剂与单晶材料表面结合性能差的问题；又通过对前驱体进行预处理可以间接或直接性地来实现单晶颗粒呈现椭球体、颗粒棱角比较圆润平滑、颗粒分散性好的目的。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种无钴单晶材料，

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：75≤b≤85，2≤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。

优选地，所述无钴单晶材料的D104特征值为b，其中b为75≤b≤85。

b值大小可预估判断单晶尺寸的大小，a与b值的关系可说明无钴单晶材料是否具有良好的层状结构。

当b值满足75≤b≤85关系时，可控制材料的单晶尺寸在1.6-1.7微米之间，当2≤a/b≤3时，表明无钴单晶材料具有非常好的层状结构，有助于锂离子的嵌入和脱出，维持循环过程中的结构稳定。