[发明专利]一种单晶无钴正极材料、其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明公开了一种单晶无钴正极材料、其制备方法和锂离子电池，所述方法包括以下步骤：采用酸溶液对多晶无钴正极材料进行酸处理；将酸处理后的无钴正极材料与锂盐混合，烧结，得到单晶无钴正极材料。本发明的方法利用酸刻蚀多晶无钴正极材料，并进行配锂和烧结，得到单晶无钴正极材料，能够获得一次颗粒分散的正极材料，提高了倍率性能和循环性能。可以作为一种多晶正极材料的回收策略。

技术领域

本发明涉及锂离子电池和无钴正极材料技术领域，涉及一种单晶无钴正极材料、其制备方法和锂离子电池。

背景技术

近年来，动力电池市场的发展进入快车道，锂离子二次电池作为一种目前最为合理的储能介质，其需求量爆发式增长，随着产能的不断提升，正极材料的需求量不断增加，以镍、钴、锰为首的三种金属，作为当下正极材料最主流的元素，价格飞速增涨，特别是钴元素，其价格从2018年1月到2022年1月价格上升近两倍。导致电池价格也日益攀升，因此，开发无钴正极材料表现出强大的应用前景。

值得注意的是，具有相同Ni含量的镍锰酸锂(NM)和镍钴锰酸锂(NCM)正极在0.1C下放电容量相当，与此同时，NM正极相对于NCM表现出更好的循环稳定性和热稳定性，因此，开发NM正极有望替代NCM正极。众所周知，单晶相比于多晶具有更好的安全性和循环性能，同时，多晶正极材料存在着晶体结构良好的“晶粒种子”，因此利用多晶转换为单晶正极材料具有良好的开发前景。

CN112391671A公开了一种废旧三元多晶材料重构三元单晶材料方法，该方法包括：将废旧三元多晶材料与有机混合溶剂混合制成浆料，超声处理后去除部分溶剂，获得废旧三元多晶材料泥浆；将废旧三元多晶材料泥浆置于滚筒混料机中进行混料，将锰酸锂晶种浆料雾化并喷雾至所述滚筒混料机，获得待修复材料；将待修复材料在空气气氛下进行多段式焙烧获得三元单晶材料。通过该重构方法工艺简单、流程短、经济附加值高，可实现废旧三元材料的高值转化，且获得的单晶材料电学性能良好。

CN114196829A公开了一种退役锂离子电池镍钴锰正极材料的回收方法，该方法包括：(1)将退役锂离子电池中镍钴锰正极材料粉碎获得晶种，所述晶种的粒径D50500nm；(2)含镍源、钴源和锰源的混合溶液与晶种混合均匀，加入沉淀剂和络合剂进行共沉淀反应制得单晶镍钴锰材料前驱体；(3)将单晶镍钴锰材料前驱体与锂源均匀混合后煅烧，即可得到单晶正极材料。该方法可以将退役锂离子电池中的镍钴锰多晶材料转变为电化学性能优异的镍钴锰单晶材料，可以更好地满足高性能电池开发的需求。

但是，上述发明过程制备繁琐，获得的单颗粒单晶颗粒强度较低，在沉淀反应生成前驱体的过程容易造成金属偏析，影响电化学性能。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种单晶无钴正极材料、其制备方法和锂离子电池。本发明采用直接晶界分离合成单晶正极材料，可以保留原有正极材料的性质(例如镍锰梯度浓度)，不存在金属偏析过程，保留了原有正极的电化学性能。通过本发明的方法制备单晶无钴正极材料，能够改善单晶正极材料的倍率性能和循环性能。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种单晶无钴正极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

采用酸溶液对多晶无钴正极材料进行酸处理；

将酸处理后的无钴正极材料与锂盐混合，烧结，得到单晶无钴正极材料。

本发明的方法利用酸刻蚀多晶无钴正极材料，并进行配锂和烧结，得到单晶无钴正极材料，能够获得一次颗粒分散的正极材料，提高了倍率性能和循环性能。

以下作为本发明优选的技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。