一种镍钴锰酸锂单晶及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种镍钴锰酸锂单晶及其制备方法。本发明专利技术采用微乳液法制备镍钴锰前驱体，再结合掺杂和包覆技术制备的镍钴锰酸锂锂电正极材料为单晶颗粒，可以有效提高正极材料的压实密度，可避免晶界间裂纹的产生，且可减少与电解液之间的副反应，并能很好地改善材料的加工性能，提高材料的循环性能与安全性能。

【技术实现步骤摘要】
一种镍钴锰酸锂单晶及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种镍钴锰酸锂单晶及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池作为一种新型的绿色电源，具有比能量高、自放电小、开路电压高、无记忆效应、循环寿命长、无环境污染等优点，因此被广泛使用，特别是3C数码类和动力电池类。正极材料又是锂离子电池的核心材料。目前，三元正极材料主要是由一次纳米粒子团聚而成的二次球颗粒，电池在充、放电过程中锂离子的脱嵌正极材料体积会发生一定程度地收缩膨胀，且随着充放电程度的加剧和循环次数的增加，材料的体积变化也会加剧，这就导致以下问题：一、由于一次纳米粒子之间存在晶界，导致在充放电过程中晶界与晶界之间会出现裂纹，严重影响材料电性能的发挥；二、在电池的制造过程中，二次球颗粒易被压碎，加剧材料与电解液的界面反应，导致材料的电性能和安全性能严重恶化。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种镍钴锰酸锂单晶及其制备方法，本专利技术提供的制备方法可以有效提高正极材料的压实密度，可避免晶界间裂纹的产生，且可减少与电解液之间的副反应，并能很好地改善材料的加工性能，提高材料的循环性能与安全性能。本专利技术提供了一种镍钴锰酸锂单晶的制备方法，包括以下步骤：A)将表面活性剂、助表面活性剂和油相混合搅拌，得到乳化液；将水溶性镍盐、水溶性钴盐和水溶性锰盐与水混合，得到镍钴锰盐水溶液；将碱溶液与络合剂混合，得到络合剂碱溶液；B)将所述镍钴锰盐水溶液和部分步骤A)制备的乳化液混合，得到镍钴锰金属微乳液；将所述络合剂碱溶液和剩余部分步骤A)制备的乳化液混合，得到络合剂碱微乳液；C)将所述镍钴锰金属微乳液搅拌并加入络合剂碱微乳液至碱性，进行反应，得到浊液；将所述浊液静置，分层后抽滤、洗涤、烘干、研磨，得到镍钴锰前驱体；D)将所述镍钴锰前驱体、锂源化合物和第一添加剂混合后过筛，得到高混料；E)将所述高混料烧结，得到烧结物；F)将所述烧结物与第二添加剂混合均匀，得到包覆料；G)将所述包覆料高温烧结后进行粉碎、分级、过筛、除铁得到镍钴锰酸锂单晶正极材料。优选的，所述表面活性剂选自琥珀酸二异辛酯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二醇聚氧乙烯硫酸钠、烷基聚氧乙烯酚醚、十二烷基聚氧乙烯醚类表面活性剂、TritonX-100、失水山梨醇脂肪酸酯类表面活性剂、失水山梨醇聚氧乙烯醚酯类表面活性剂、十六烷基三甲基溴化铵和双十八烷基二甲基氯化铵中的一种或多种；所述助表面活性剂选自乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇、1-己醇、2-己醇、1-辛醇、2-辛醇、杂醇油、对壬基酚的一种或多种；所述油相选自戊烷、环己烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷和癸烷中的一种或多种；所述表面活性剂、助表面活性剂和油相的质量比为1～5:1～10:1～9。优选的，所述水溶性镍盐选自硫酸镍、氯化镍、硝酸镍和乙酸镍中的一种或多种；所述水溶性钴盐选自硫酸钴、氯化钴、硝酸钴和乙酸钴中的一种或多种；所述水溶性锰盐选自硫酸锰、氯化锰、硝酸锰和乙酸锰中的一种或多种；所述镍钴锰盐水溶液中金属离子的浓度为0.5～2.5mol/L。优选的，所述碱溶液中的碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铵和碳酸氢铵中的一种或多种，所述碱溶液中碱的浓度为1～10mol/L；所述络合剂选自氨水，所述络合剂的浓度为0.2～4mol/L；所述碱溶液与络合剂的体积比为2:1～10:1。优选的，所述锂源化合物选自碳酸锂、氢氧化锂、硫酸锂、硝酸锂和乙酸锂中的一种或多种；所述镍钴锰前驱体与锂源化合物按照金属摩尔比为1:1.00～1:1.10，所述第一添加剂选自金属元素和过渡元素的氧化物、氢氧化物、硝酸盐、草酸盐、碳酸盐、硫酸盐、醋酸盐、醇盐中的一种或多种，所述第一添加剂的添加量为0.05wt％～0.5wt％，所述第二添加剂为Al2O3、ZnO、AlF3、ZrO2、AlPO4、SnPO4、Li2O-B2O3、Co3(PO)4、Li3PO4、Li2ZrO3，LiNbO3，Li4Ti5O12，Li2TiO3，Li3VO4，LiSnO3，Li2SiO3、LiAlO2等的一种或多种，所述第二添加剂的添加量为0.05wt％～0.3wt％。优选的，步骤C)中，所述反应的温度为20～60℃，所述反应的时间为1～40h，所述碱性的pH值为8～14。优选的，步骤E)中，所述烧结的气氛为空气或氧气，所述烧结的温度为800～1000℃，所述烧结的时间为20～50h，所述烧结的升温程序为升温速率为1～5℃/min，其中600-900℃温段保温5-10h，800-1000℃温段保温8-20h，最后降温至室温，降温度率为1-4℃/min。优选的，步骤G)中，所述高温烧结气氛为空气或氧气，所述高温烧结的温度为500～900℃，时间为10～30h，所述烧结的升温程序为升温速率为1～5℃/min，其中400-700℃温段保温5-10h，500-900℃温段保温5-10h，最后降温至室温，降温度率为1-2℃/min。优选的，所述部分步骤A)制备的乳化液与剩余部分步骤A)制备的乳化液的质量比为1：1。本专利技术还提供了一种上述制备方法制备得到的镍钴锰酸锂单晶。与现有技术相比，本专利技术提供了一种镍钴锰酸锂单晶的制备方法，包括以下步骤：A)将表面活性剂、助表面活性剂和油相混合搅拌，得到乳化液；将水溶性镍盐、水溶性钴盐和水溶性锰盐与水混合，得到镍钴锰盐水溶液；将碱溶液与络合剂混合，得到络合剂碱溶液；B)将所述镍钴锰盐水溶液和部分步骤A)制备的乳化液混合，得到镍钴锰金属微乳液；将所述络合剂碱溶液和剩余部分步骤A)制备的乳化液混合，得到络合剂碱微乳液；C)将所述镍钴锰金属微乳液搅拌并加入络合剂碱微乳液至碱性，进行反应，得到浊液；将所述浊液静置，分层后抽滤、洗涤、烘干、研磨，得到镍钴锰前驱体；D)将所述镍钴锰前驱体、锂源化合物和第一添加剂混合后过筛，得到高混料；E)将所述高混料烧结，得到烧结物；F)将所述烧结物与第二添加剂混合均匀，得到包覆料；G)将所述包覆料高温烧结后进行粉碎、分级、过筛、除铁得到镍钴锰酸锂单晶正极材料。本专利技术采用微乳液法制备镍钴锰前驱体，再结合掺杂和包覆技术制备的镍钴锰酸锂锂电正极材料为单晶颗粒，可以有效提高正极材料的压实密度，可避免晶界间裂纹的产生，且可减少与电解液之间的副反应，并能很好地改善材料的加工性能，提高材料的循环性能与安全性能。附图说明图1为本专利技术提供的镍钴锰酸锂单晶的制备方法的工艺流程示意图；图2为实施例1中的锂电正极材镍钴锰酸锂LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2单晶在5000倍下的SEM图；图3为实施例1中的锂电正极材镍钴锰酸锂LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2单晶的首次充放电曲线；图4为实施例2中的锂电正极材镍钴锰酸锂LiNi0.6Co0.2Mn本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镍钴锰酸锂单晶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nA)将表面活性剂、助表面活性剂和油相混合搅拌，得到乳化液；/n将水溶性镍盐、水溶性钴盐和水溶性锰盐与水混合，得到镍钴锰盐水溶液；/n将碱溶液与络合剂混合，得到络合剂碱溶液；/nB)将所述镍钴锰盐水溶液和部分步骤A)制备的乳化液混合，得到镍钴锰金属微乳液；/n将所述络合剂碱溶液和剩余部分步骤A)制备的乳化液混合，得到络合剂碱微乳液；/nC)将所述镍钴锰金属微乳液搅拌并加入络合剂碱微乳液至碱性，进行反应，得到浊液；/n将所述浊液静置，分层后抽滤、洗涤、烘干、研磨，得到镍钴锰前驱体；/nD)将所述镍钴锰前驱体、锂源化合物和第一添加剂混合后过筛，得到高混料；/nE)将所述高混料烧结，得到烧结物；/nF)将所述烧结物与第二添加剂混合均匀，得到包覆料；/nG)将所述包覆料高温烧结后进行粉碎、分级、过筛、除铁得到镍钴锰酸锂单晶正极材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种镍钴锰酸锂单晶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)将表面活性剂、助表面活性剂和油相混合搅拌，得到乳化液；
将水溶性镍盐、水溶性钴盐和水溶性锰盐与水混合，得到镍钴锰盐水溶液；
将碱溶液与络合剂混合，得到络合剂碱溶液；
B)将所述镍钴锰盐水溶液和部分步骤A)制备的乳化液混合，得到镍钴锰金属微乳液；
将所述络合剂碱溶液和剩余部分步骤A)制备的乳化液混合，得到络合剂碱微乳液；
C)将所述镍钴锰金属微乳液搅拌并加入络合剂碱微乳液至碱性，进行反应，得到浊液；
将所述浊液静置，分层后抽滤、洗涤、烘干、研磨，得到镍钴锰前驱体；
D)将所述镍钴锰前驱体、锂源化合物和第一添加剂混合后过筛，得到高混料；
E)将所述高混料烧结，得到烧结物；
F)将所述烧结物与第二添加剂混合均匀，得到包覆料；
G)将所述包覆料高温烧结后进行粉碎、分级、过筛、除铁得到镍钴锰酸锂单晶正极材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂选自琥珀酸二异辛酯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二醇聚氧乙烯硫酸钠、烷基聚氧乙烯酚醚、十二烷基聚氧乙烯醚类表面活性剂、TritonX-100、失水山梨醇脂肪酸酯类表面活性剂、失水山梨醇聚氧乙烯醚酯类表面活性剂、十六烷基三甲基溴化铵和双十八烷基二甲基氯化铵中的一种或多种；
优选的，所述助表面活性剂选自乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇、1-己醇、2-己醇、1-辛醇、2-辛醇、杂醇油、对壬基酚的一种或多种；
优选的，所述油相选自戊烷、环己烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷和癸烷中的一种或多种；
所述表面活性剂、助表面活性剂和油相的质量比为1～5:1～10:1～9。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水溶性镍盐选自硫酸镍、氯化镍、硝酸镍和乙酸镍中的一种或多种；
优选的，所述水溶性钴盐选自硫酸钴、氯化钴、硝酸钴和乙酸钴中的一种或多种；
优选的，所述水溶性锰盐选自硫酸锰、氯化锰、硝酸锰和乙酸锰中的一种或多种；
优选的，所述镍钴锰盐水溶液中金属离子的浓度为0.5～2.5mol/L。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱溶液中的碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铵和碳酸氢铵中的一种或多种，所述碱溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹏，陈宏林，周蒙，商士波，
申请(专利权)人：桑顿新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43