一种富镍三元单晶正极材料及其制备方法和用途与流程

本公开涉及锂离子电池正极材料制备领域，具体地，涉及一种富镍三元单晶正极材料及其制备方法和用途。

背景技术：

1、随着新能源汽车的发展，人们对锂离子电池的能量密度、使用寿命、倍率性能、热稳定性等性能提出了更高的要求。高镍三元正极材料(linixcoymnzo2，0.8≤x≤0.95，0.05≤y≤0.2，0.05≤z≤0.2，x+y+z＝1)由于具有能量密度高、成本低等优点成为当前动力电池体系中最有应用前景和市场竞争力的锂离子电池正极材料之一。镍含量的增加使高镍三元材料的比容量相应地获得提升，但是也带来生产工艺难度加大、循环稳定性和热稳定差等问题，严重限制了其商业化应用。

技术实现思路

1、本公开的目的是提供一种富镍三元单晶正极材料及其制备方法和用途，本公开制备出的富镍三元单晶正极材料表面形貌均匀、表面光滑，材料表面层状结构更加有序化，有效提高电池的充放电比容量、首次库伦效率和循环容量保持率。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种富镍三元单晶正极材料的制备方法，该方法包括：

3、(1)将氯化钠、氯化钾和第一锂源的混合溶液与富镍前驱体接触、干燥；

4、(2)将所述富镍前驱体与第二锂源混合并进行第一烧结，得到烧结物料；

5、(3)所述烧结物料经洗涤、干燥后，进行补锂并进行第二烧结；

6、其中，所述补锂的方式为湿法补锂，所述湿法补锂使用含有第三锂源的水溶液，所述湿法补锂的方式为采用球磨的方法进行，所述球磨的时间为2～6h；

7、相对于所述烧结物料的质量，所述第三锂源的用量为1000～6000ppm。

8、可选地，所述第三锂源的用量为4000～6000ppm。

9、可选地，步骤(1)中，相对于所述富镍前驱体的质量，所述富镍前驱体与所述混合溶液的质量比为(2～8)：1，优选为(2～6)：1；

10、其中，所述混合溶液中氯化钠、氯化钾、所述第一锂源和水的质量比为(0.5～1.5)：(0.5～1.5)：1：(0.5～1.5)，优选为(0.9～1.2):(0.9～1.2)：1：(0.9～1.2)。

11、可选地，所述富镍前驱体与总锂源的摩尔比为(1.01～1.1)：1，优选为(1.01～1.08)：1；

12、其中，所述总锂源包括所述第一锂源和所述第二锂源；

13、相对于100摩尔份的所述总锂源，所述第二锂源的用量为85～95摩尔份，优选为90～95摩尔份；

14、相对于100摩尔份的所述总锂源，所述第一锂源的用量为5～15摩尔份，优选为5～10摩尔份。

15、可选地，所述第一烧结的温度为450～600℃，优选为500～550℃，保温时间为4～8h；所述第二烧结的温度为810～860℃，保温时间为10～15h，所述烧结在氧气气氛下进行，氧含量为90～100％。

16、可选地，该方法还包括，在所述第二烧结完成后，进行粉碎过筛，过筛后的物料d50粒径为1～1.8μm。

17、步骤(1)中所述干燥的温度为100～180℃，时间为2～6h；

18、步骤(3)中，所述洗涤的方式为根据水料比使用5℃的超纯水进行水洗，所述水料比为(0.8～1.2)：1，优选为1：1，水洗时间为8～10min；所述干燥的温度为100～150℃，时间为2～6h。

19、可选地，所述富镍前驱体的化学式如式(ⅰ)所示：nixcoymnz(oh)2(i)，其中，0.8≤x≤0.95，0.05≤y≤0.2，0.05≤z≤0.2，x+y+z＝1。

20、可选地，所述第一锂源、所述第二锂源和所述第三锂源相同或不同的选自单水氢氧化锂、无水氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂、草酸锂、氧化锂和硝酸锂中的一种或几种。

21、本公开第二方面提供一种本公开第一方面所述的制备方法制备得到的富镍三元单晶正极材料，所述富镍三元单晶正极材料的化学式如式(ii)所示：linixcoymnzo2(ii)，其中，0.8≤x≤0.95，0.05≤y≤0.2，0.05≤z≤0.2，x+y+z＝1。

22、本公开第三方面提供一种锂离子电池，包含本公开第二方面所述的富镍三元单晶正极材料。

23、通过上述技术方案，本公开提供的制备方法通过在对富镍前驱体进行预处理过程中，使部分锂源预先进入前驱体表面和表层，为形成富镍三元单晶材料提供驱动力，同时能够使单晶材料在烧结过程中不容易团聚，有利于获得较佳的容量保持率；另一方面本公开提供的制备方法在二次烧结前通过湿法补锂的方式进行补锂，能够使锂源更加均匀的贴附在材料的表面，更充分的修复材料表面存在的缺陷，使得材料表面更加光滑，形貌更加均匀，从而提高电池的充放电比容量、首次库伦效率和循环容量保持率。

24、本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种富镍三元单晶正极材料的制备方法，其中，该方法包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述第三锂源的用量为4000～6000ppm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(1)中，相对于所述富镍前驱体的质量，所述富镍前驱体与所述混合溶液的质量比为(2～8)：1，优选为(2～6)：1；

4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述富镍前驱体与总锂源的摩尔比为(1.01～1.1)：1，优选为(1.01～1.08)：1；

5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述第一烧结的温度为450～600℃，优选为500～550℃，保温时间为4～8h；所述第二烧结的温度为810～860℃，保温时间为10～15h；所述烧结在氧气气氛下进行，氧含量为90～100％。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，该方法还包括，在所述第二烧结完成后，进行粉碎过筛，过筛后的物料d50粒径为1～1.8μm；

7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述富镍前驱体的化学式如式(ⅰ)所示：nixcoymnz(oh)2(i)，其中，0.8≤x≤0.95，0.05≤y≤0.2，0.05≤z≤0.2，x+y+z＝1。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述第一锂源、所述第二锂源和所述第三锂源相同或不同的选自单水氢氧化锂、无水氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂、草酸锂、氧化锂和硝酸锂中的一种或几种。

9.采用权利要求1～8中任意一项所述的制备方法制备得到的富镍三元单晶正极材料，其中，所述富镍三元单晶正极材料的化学式如式(ii)所示：linixcoymnzo2(ii)，其中，0.8≤x≤0.95，0.05≤y≤0.2，0.05≤z≤0.2，x+y+z＝1。

10.一种锂离子电池，其中，包含权利要求9所述的富镍三元单晶正极材料。

技术总结
本公开涉及一种富镍三元单晶正极材料的制备方法，该方法包括：将氯化钠、氯化钾和第一锂源的混合溶液与富镍前驱体接触、干燥；将所述富镍前驱体与第二锂源混合并进行第一烧结，得到烧结物料；所述烧结物料经洗涤、干燥后，进行补锂并进行第二烧结，烧结完成后，进行粉碎过筛，得到富镍三元单晶正极材料。本公开制备出的富镍三元单晶正极材料表面形貌均匀、表面光滑，材料表面层状结构更加有序化，有效提高电池充放电比容量和循环性能。

技术研发人员：赵明钰,张伟,王克伟,赵岩,熊家祥,王殿刚
受保护的技术使用者：山东友邦科思茂新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13