一种单晶镍钴锰酸锂三元材料的制备方法技术

本发明专利技术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)将锂源与三元单晶前驱体按质量比(0.8‑1.2)：1进行混合，得到混合料，然后进行升温和煅烧，得到D50为9‑12μm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单晶前驱体和锂源进行混合，得到混合料，然后进行升温煅烧，得到单晶镍钴锰酸锂三元材料。本方法可以得到小颗粒单晶材料，容量高、倍率性能很好、循环性能好；制备工艺简单，得到的单晶形态良好、颗粒圆润、一次颗粒尺寸一致性好，具有较高的商业价值。

【技术实现步骤摘要】
一种单晶镍钴锰酸锂三元材料的制备方法
本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种单晶镍钴锰酸锂三元材料的制备方法。
技术介绍
近些年，随着智能手机和便携式个人电脑的发展，具有高能量密度的小体积和轻量化的二次电池有很大的市场需求。同时，高功率二次电池同样有很大的市场需求，尤其是在汽车、无人机等运输设备等方面。锂离子二次电池可以满足上述的需求，自20世纪90年代索尼公司成功将LiCoO2推向商业化市场之后，锂离子电池因其比容量高、循环寿命长、安全性能好等优点在国内外得到广泛应用于各种手机、笔记本等移动终端设备，但由于高温和耐过充性能差，加之钴日益升高的价格限制了高功率动力电池的应用，寻求一种可替代LiCoO2在高功率方面应用的锂离子正极材料已成为热点。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。然而三元材料与LiCoO2相比，其电导率偏低导致其大电流放电及高倍率性能的发挥受到极大的挑战。CN201811483940.5一种制备高功率锂离子正极材料及其制备方法中，所述正极材料为LiaNixCoyMnzO2(0.98≤a≤1.10，0.4≤x≤0.95，0≤y≤0.4，0≤z≤0.4，x+y+z＝1)。本专利技术得到的三元空心结构正极材料形貌规整，粒径分布窄，此结构可以增强对非水电解质的保液能力，可以有效缩短锂离子传输的路径，为大电流放电高倍率充放电提供了有效支撑。CN202010881538.3一种多孔结构的高倍率镍钴锰酸锂正极材料，正极材料内部为多孔结构。该申请通过前驱体的结晶过程控制，开发了一种体相沉积密度区域差异化的前驱体；结合高温固相的分段反应平台，使得密度低的小颗粒前驱体先反应向大颗粒扩散，形成孔隙，高密度大颗粒前驱体后反应形成二次颗粒的骨架结构。形成的多孔型正极材料，制备的产品具有比容量高、库伦效率、倍率和循环性能优良的特点。上述申请均是通过构筑中空结构，形成较强的电解液保液能力，有效缩短锂离子扩散路径，使得材料有较好的倍率性能。但中空结构的材料往往不耐压，在制作电池的过程中，需要将极片辊压至一定的压实密度，二次球颗粒在辊压的过程中一般都会部分破裂，对于中空结构的二次球颗粒，内部无有效支撑，经过辊压，更加容易使颗粒破裂，进而导致循环性能急剧下降。CN201811417199.2中公开了一种高倍率型单晶镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法，包括由三元镍钴锰氧化物构成的单晶内层和由双金属锂盐构成的包裹外层，所述高倍率型单晶镍钴锰酸锂正极材料的化学通式为：LixNiaCobMncYdMo3dO2，其中，1≤x≤l.10、0<a<l、0<b<1、0<c<1、0<d≤0.12、且a+b+c+4d＝1。该申请在单晶型镍钴锰酸锂三元正极材料制备完成后包裹了一层双金属锂盐，包裹层能够有效抑制材料与电解液间的副反应，极大改善了材料的倍率性能和循环性能。这类申请主要是通过掺杂包覆特殊化合物，抑制材料与电解液之间的副反应，以达到提高材料倍率性能的目的。该专利中使用特殊化合物，包覆剂指定为双金属锂盐LiYMo3O8，此类锂盐不常见、不易得，且得到的材料包覆外层的厚度为10-200nm，对包覆剂的粒度要求较高。Y、Mo元素的引入，势必增加该包覆剂的成本。CN201910729397一种微米级单晶一次颗粒三元正极材料的制备工艺中，将镍盐、钴盐和锰盐溶液按照x:y:z比例混合，加入络合剂氨水，加入沉淀剂氢氧化钠，混合温度为50-90℃，pH为11-13，混合后得到共沉淀物，将共沉淀物采用离心机进行固液分离，得到前驱体A；将前驱体A加锂盐，在高混机中混匀，经过热处理，得到0.1-1μm的晶种小单晶颗粒B；将晶种小单晶颗粒B加入到前驱体A中，小单晶颗粒B和前驱体A的混合重量比为1:25-1:10，同时与锂盐混合，进行固相反应，得到4μm以上单晶颗粒。本专利技术制备工艺简单，易于控制，具有良好的单晶形态，单晶颗粒在4μm以上，颗粒表面光滑，分散性好，在商业生产中可推广使用。但单晶颗粒较大，单晶颗粒尺寸越大，其阻抗越大，会导致材料的锂离子扩散系数越小，不利于材料容量的发挥。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的三元镍钴锰酸锂材料倍率性能、循环性能以及容量较差的问题，提供一种单晶镍钴锰酸锂三元材料的制备方法，该方法可以得到小颗粒单晶材料，容量高、倍率性能以及循环性能好。为了实现上述目的，本专利技术提供一种单晶镍钴锰酸锂三元材料的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将锂源与三元单晶前驱体按质量比(0.8-1.2)：1进行混合，然后进行升温和煅烧，得到D50为9-12μm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单晶前驱体和锂源进行混合，得到混合料，然后进行升温煅烧，得到单晶镍钴锰酸锂三元材料；其中，所述三元单晶前驱体为NixCoyMnz(OH)2，0.5≤x≤1，0≤y≤0.4，0≤z≤0.4，x+y+z＝1；在步骤(2)中，所述混合料中含有1-5重量％的团聚体结构晶种；在步骤(2)中，所述锂源中的锂元素的物质的量与所述三元单晶前驱体中镍钴锰三种元素总物质的量的比为(1-1.08)：1。优选地，所述锂源为碳酸锂和/或氢氧化锂。优选地，在步骤(1)中，采用VC混料机将锂源与三元单晶前驱体进行混合。优选地，在步骤(1)中，在空气和/或氧气气氛下进行升温和煅烧。优选地，在步骤(1)中，所述升温的速度为2-5℃/min。优选地，在步骤(1)中，所述煅烧的温度为600-800℃。优选地，在步骤(1)中，所述煅烧的时间为12-24h。优选地，在步骤(2)中，采用高混机将步骤(1)得到的团聚体结构晶种与三元单晶前驱体和锂源进行混合。优选地，在步骤(2)中，在空气和/或氧气气氛下进行升温煅烧。优选地，在步骤(2)中，所述升温煅烧过程包括：以1-8℃/min的升温速度升温至500-800℃煅烧3-8h，继续以1-4℃/min的升温速度升温至860-960℃煅烧10-15h。本方法可以得到小颗粒单晶材料，容量高、倍率性能很好、循环性能好；制备工艺简单，得到的单晶形态良好、颗粒圆润、一次颗粒尺寸一致性好，具有较高的商业价值。附图说明图1是本专利技术实施例1制备得到的团聚体结构晶种SEM照片；图2是本专利技术实施例1制备得到的团聚体结构晶种SEM照片；图3是本专利技术实施例1制备得到的团聚体结构晶种的粒度分布图片；图4是本专利技术实施例1制备得到的单晶镍钴锰酸锂三元材料SEM照片；图5是本专利技术对比例1制备得到的三元单晶材料SEM照片；图6是本专利技术实施例1和对比例1制备得到的三元单晶材料制备成电池后不同倍率放电比容量对比图。具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单晶镍钴锰酸锂三元材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n(1)将锂源与三元单晶前驱体按质量比(0.8-1.2)：1进行混合，然后进行升温和煅烧，得到D50为9-12μm的团聚体结构晶种；/n(2)将步骤(1)得到的团聚体结构晶种与三元单晶前驱体和锂源进行混合，得到混合料，然后进行升温煅烧，得到单晶镍钴锰酸锂三元材料；/n其中，所述三元单晶前驱体为Ni

【技术特征摘要】
1.一种单晶镍钴锰酸锂三元材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将锂源与三元单晶前驱体按质量比(0.8-1.2)：1进行混合，然后进行升温和煅烧，得到D50为9-12μm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单晶前驱体和锂源进行混合，得到混合料，然后进行升温煅烧，得到单晶镍钴锰酸锂三元材料；
其中，所述三元单晶前驱体为NixCoyMnz(OH)2，0.5≤x≤1，0≤y≤0.4，0≤z≤0.4，x+y+z＝1；
在步骤(2)中，所述混合料中含有1-5重量％的团聚体结构晶种；
在步骤(2)中，所述锂源中的锂元素的物质的量与所述三元单晶前驱体中镍钴锰三种元素总物质的量的比为(1-1.08)：1。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锂源为碳酸锂和/或氢氧化锂。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，采用VC混料机将锂源与三元单晶前驱体进行混合。


4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：何雅，梅京，孙杰，姚远，何中林，
申请(专利权)人：湖北融通高科先进材料有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42