一种高倍率单晶高镍正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种高倍率单晶高镍正极材料及其制备方法，包括：将多晶高镍正极材料进行强水洗、干燥、掺杂、包覆和烧结，得到高倍率单晶高镍正极材料。本发明专利技术通过特定的技术手段处理高镍多晶正极材料以制备低团聚程度、颗粒分散均匀的亚微米级单晶高镍正极材料，同时其单晶颗粒表面光滑，无明显颗粒破碎情况，颗粒的机械完整性高、分散性好，表现出优异的大倍率充放电性能和高安全性；本发明专利技术通过强水洗结合特定的溶液，实现从多晶颗粒到单晶颗粒的分散转化。本发明专利技术还提供了一种高倍率单晶高镍正极材料及其应用。极材料及其应用。

【技术实现步骤摘要】
一种高倍率单晶高镍正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于正极材料
，尤其涉及一种高倍率单晶高镍正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在当前，低/无钴化三元正极材料的研发制备，有利于显著降低正极材料的成本，是未来多元正极材料发展的主要趋势。此外，如何实现三元正极材料的快充性能，达到稳定的超高倍率充放电循环，也是一个亟待解决的技术问题。现有技术中的高镍三元正极材料倍率性能差，循环稳定性差，难以实现超高倍率稳定充放电循环；而且采用高温烧结法和助剂法制备的单晶正极材料颗粒尺寸分布不均匀且粒径较大(微米级)、机械完整性较差。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种高倍率单晶高镍正极材料及其制备方法和应用，本专利技术提供的方法制备的高倍率单晶高镍正极材料工艺简单、成本低，性能较好。
[0004]本专利技术提供了一种高倍率单晶高镍正极材料，包括：
[0005]一次颗粒基体；
[0006]包覆在所述一次颗粒基体表面的包覆物；
[0007]所述一次颗粒基体的化学式为：
[0008]Li[Ni
x
Co
y
Mn
(1
‑
x
‑
y)
](1
‑
z)
M
’
z
O2ꢀꢀ
式I；
[0009]式I中，0.6≤x≤1，0≤y≤0.2，x+y≤1，0≤z≤0.1；
[0010]M
’
选自Al、Mg、Ti、Zr、Na、K、Y、Nb、F和Se中的一种或几种；
[0011]所述包覆物的化学式为：
[0012]Li
m
M”O
n
ꢀꢀ
式II；
[0013]式II中，1≤m≤4，2≤n≤4；
[0014]M”选自B、P、Si、Al、Mg、Sr、Ba、La、Co、Ti和Zn中的一种或几种。
[0015]优选的，所述高倍率单晶高镍正极材料的粒度分布较窄：
[0016](D
90
‑
D
10
)/D
50
≤1。
[0017]优选的，所述高倍率单晶高镍正极材料中的颗粒粒径为亚微米级，颗粒的平均粒径为100～1000nm。
[0018]本专利技术提供了一种高倍率单晶高镍正极材料的制备方法，包括：
[0019]将多晶高镍正极材料进行强水洗、干燥、包覆和烧结，得到高倍率单晶高镍正极材料；
[0020]所述强水洗过程中的水洗溶液选自去离子水、氢氧化钠溶液、氨水溶液、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、碳酸锂溶液、氢氧化锂溶液、四硼酸钠溶液、磷酸二氢钠溶液、硼酸溶液和前驱体清洗液中的一种或几种。
[0021]优选的，所述强水洗过程中的搅拌速度为500～1500rpm。
[0022]优选的，所述强水洗的时间为5～60min。
[0023]优选的，所述水洗溶液的质量为多晶高镍正极材料质量的0.5～10倍。
[0024]优选的，所述强水洗过程中的温度为10～60℃。
[0025]优选的，所述干燥的方法包括：
[0026]高温烘干或冷冻干燥后烘干；
[0027]所述高温烘干的温度为50～200℃。
[0028]优选的，所述干燥之后包覆之前还包括：
[0029]掺杂；
[0030]所述掺杂的物质中含有Al、Mg、Sr、Ba、Ti、Zr、Na、K、Y、Nb、F和Se中的一种或几种；
[0031]所述包覆的物质中含有B、P、Si、Al、Mg、Sr、Ba、La、Co、Ti和Zn中的一种或几种。
[0032]本专利技术提供了一种电池，包括：上述技术方案所述的高倍率单晶高镍正极材料，或上述技术方案所述的方法制备得到的高倍率单晶高镍正极材料。
[0033]本专利技术通过特定的技术手段处理高镍多晶正极材料以制备低团聚程度、颗粒分散均匀的亚微米级单晶高镍正极材料，同时其单晶颗粒表面光滑，无明显颗粒破碎情况，颗粒的机械完整性高、分散性好，表现出优异的大倍率充放电性能和高安全性；本专利技术通过强水洗结合特定的溶液，实现从多晶颗粒到单晶颗粒的分散转化。
[0034]本专利技术提供的正极材料的制备方法对于前驱体的形貌和粒度要求较低，通过强水洗工艺和水洗溶液间的搭配，能够适用于由一次颗粒有序/无序/径向堆积形成的前驱体二次颗粒、烧结后的多种不同形貌和粒径分布的高镍多晶正极材料，具有很强的普适性，且可以根据需求水洗不同形貌和粒径分布的高镍正极材料获得特定形貌的单晶颗粒，如棒状、圆片状、楔形状。本专利技术提供的方法制备的单晶颗粒，其形貌和结构源于原始的一次颗粒，并在该一次颗粒形貌的基础上进行表面修饰，晶界修补，提高其结构稳定性和循环性能，并凭借其单晶颗粒更小的粒径和更大的比表面积，表现出更高的倍率性能，并能结合团聚体正极材料进行大小掺混，以提高其体积利用率，进而表现出更高的能量密度；通过本专利技术优化的水洗工艺和参数制备的单晶颗粒粒径分布较小，可制备亚微米级(100～1000nm)高镍单晶颗粒，单晶正极材料粒度较小，表面光滑，形状规则，分散均匀，表现出更优异的力学性能和更高的机械结构完整性。
附图说明
[0035]图1为本专利技术实施例5中样品S50和S51的SEM电镜形貌图和对应的粒径分布图，其中，(a)为实施例5中S50的SEM电镜图；(b)为实施例5中S51的SEM电镜图；(c)为实施例5中S50的粒径分布图；(d)为实施例5中S51的粒径分布图。
具体实施方式
[0036]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0037]本专利技术提供了一种高倍率单晶高镍正极材料，包括：
[0038]一次颗粒基体；
[0039]包覆在所述一次颗粒基体表面的包覆物。
[0040]在本专利技术中，所述一次颗粒基体的化学式为：
[0041]Li[Ni
x
Co
y
Mn
(1
‑
x
‑
y)
](1
‑
z)
M
’
z
O2ꢀꢀ
式I；
[0042]式I中，0.6≤x≤1，0≤y≤0.2，x+y≤1，0≤z≤0.1；
[0043]M
’
选自Al、Mg、Ti、Zr、Na、K、Y、Nb、F和Se中的一种或几种。
[0044]在本专利技术中，所述包覆物的化学式为：
[0045]Li
m
M”O
n
ꢀꢀ
式II；
[0046]式II中，1≤m≤4，2≤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高倍率单晶高镍正极材料，包括：一次颗粒基体；包覆在所述一次颗粒基体表面的包覆物；所述一次颗粒基体的化学式为：Li[Ni
x
Co
y
Mn
(1
‑
x
‑
y)
]
(1
‑
z)
M
’
z
O2ꢀꢀ
式I；式I中，0.6≤x≤1，0≤y≤0.2，x+y≤1，0≤z≤0.1；M
’
选自Al、Mg、Ti、Zr、Na、K、Y、Nb、F和Se中的一种或几种；所述包覆物的化学式为：Li
m
M”O
n
ꢀꢀ
式II；式II中，1≤m≤4，2≤n≤4；M”选自B、P、Si、Al、Mg、Sr、Ba、La、Co、Ti和Zn中的一种或几种。2.根据权利要求1所述的高倍率单晶高镍正极材料，其特征在于，所述高倍率单晶高镍正极材料的粒度分布较窄：(D
90
‑
D
10
)/D
50
≤1。3.根据权利要求1所述的高倍率单晶高镍正极材料，其特征在于，所述高倍率单晶高镍正极材料中的颗粒粒径为亚微米级，颗粒的平均粒径为100～1000n...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕海健，董彬彬，杨琪，俞会根，
申请(专利权)人：北京卫蓝新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：