一种小颗粒单晶正极材料及其制备方法与流程

本发明属于锂离子电池，具体涉及一种小颗粒单晶正极材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着新能源汽车的普及性提高，人们越来越关注电池的能量密度和成本问题，镍钴锰三元材料因其较高的能量密度而广泛应用于动力电池中；提高镍含量实现更高的能量密度，但镍含量的提高，原材料锂源需要采用成本更高的氢氧化锂，前驱体成本也随镍含量的提高而增加；中低镍材料通过减小一次颗粒尺寸可显著提高其容量发挥，经过有效的包覆方法可改善其在电池充放电过程中的副反应发生；中国专利cn111933927a公开了一种镍钴锰酸锂单晶三元材料的制备方法，该方法采用砂磨工艺将镍钴锰前驱体、锂源与金属氧化物添加剂进行混料，喷雾干燥后进行烧结得到三元材料；该方法采用喷雾干燥造粒，使得在高温烧结过程晶粒间容易发生融合，导致一次颗粒间粘结过于紧密，后处理不易破碎分散，使得包覆均匀性受影响，进而影响其电化学性能；因此，提供一种降低原材料要求、降低生产成本、采用砂磨提高混料均匀性、采用闪蒸干燥不易团聚利于包覆的一种小颗粒单晶正极材料及其制备方法是非常有必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种降低原材料要求、降低生产成本、采用砂磨提高混料均匀性、采用闪蒸干燥不易团聚利于包覆的一种小颗粒单晶正极材料及其制备方法。

2、本发明的目的是这样实现的：一种小颗粒单晶正极材料，所述的正极材料的表达式为liniacobmncxdo2；其中a+b+c=1，0＜a＜1，0≤b＜1，0＜c＜1，0＜d＜0.5；所述的正极材料为单晶形貌，颗粒平均粒径在0.4-2.0μm。

3、所述的元素x为al、ti、y、zr、w、b、f、mg、nb、zn、sr、sn、mo、co、ce中的一种或多种。

4、一种小颗粒单晶正极材料的制备方法，所述的方法包括以下步骤：

5、步骤s1：将锂源、添加剂和前驱体按照比例加入纯水中搅拌预混；

6、步骤s2：预混后浆料转入砂磨机中进行砂磨，得到平均粒径在0.1-1.2μm范围内的分散均匀的浆料；

7、步骤s3：对浆料烘烤结块后进行闪蒸干燥，得到干燥粉料；

8、步骤s4：将步骤s3得到的干燥粉料置于烧结炉中烧结制得单晶正极材料。

9、所述的步骤s1中的锂源为氢氧化锂、碳酸锂中的至少一种。

10、所述的步骤s1中的前驱体选自前驱体粉料或前驱体洗涤后的浆料，所述的前驱体浆料的固含量为10%-35%；预混后的浆料固含量为30-55%。

11、所述的步骤s1中的锂源和前驱体的摩尔比为1.05-1.10，所述的前驱体的表达式为niacobmnc(oh)2。

12、所述的步骤s1中的添加剂所含添加元素与前驱体的重量比为0.1wt.%＜x:(niacobmnc(oh)2)＜0.3wt.%。

13、所述的步骤s1中的预混搅拌方式为机械搅拌，搅拌时间2-10min；

14、所述的步骤s2中的砂磨条件为：0.8-1.2μm锆珠，砂磨转速800-1100r/min。

15、所述的步骤s3中的浆料烘烤温度为100-130℃，烘烤时间为5-10h；

16、所述的步骤s3中的闪蒸干燥条件为：主机频率：40-60hz；进风温度280-340℃，然后开始进料；进料频率：1.5-6.0hz；出风温度70-100℃。

17、所述的步骤s4中的烧结温度为850-980℃，保温时间为8-15h，烧结气氛为干燥空气或氧气。

18、本发明的有益效果：本发明为一种小颗粒单晶正极材料及其制备方法，在使用中，本发明对前驱体形貌、粒度无特殊要求，前驱体浆料或烘干后的粉料均可；对锂源的粒度无特殊要求，大小颗粒均可；对原材料要求的降低，有利于降低生产成本；本发明通过砂磨进行混料，提高混料均匀性；减小原料粒径，有利于成品实现小颗粒单晶的形貌；本发明采用闪蒸干燥，使得砂磨形成的小粒径原材料不易团聚，在烧结过程中单颗粒间粘连较为疏松，烧结后材料分散程度较高，易破碎，利于后期包覆；本发明所得正极材料分散程度高，易于破碎，具有较好的电化学性能；本发明具有降低原材料要求、降低生产成本、采用砂磨提高混料均匀性、采用闪蒸干燥不易团聚利于包覆的优点。

技术特征：

1.一种小颗粒单晶正极材料，其特征在于：所述的正极材料的表达式为liniacobmncxdo2；其中a+b+c=1，0＜a＜1，0≤b＜1，0＜c＜1，0＜d＜0.5；所述的正极材料为单晶形貌，颗粒平均粒径在0.4-2.0μm。

2.根据权利要求1所述的小颗粒单晶正极材料，其特征在于：所述的元素x为al、ti、y、zr、w、b、f、mg、nb、zn、sr、sn、mo、co、ce中的一种或多种。

3.一种小颗粒单晶正极材料的制备方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：

4.如权利要求3所述的一种小颗粒单晶正极材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤s1中的锂源为氢氧化锂、碳酸锂中的至少一种。

5.如权利要求4所述的一种小颗粒单晶正极材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤s1中的前驱体选自前驱体粉料或前驱体洗涤后的浆料，所述的前驱体浆料的固含量为10%-35%；预混后的浆料固含量为30-55%。

6.如权利要求5所述的一种小颗粒单晶正极材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤s1中的锂源和前驱体的摩尔比为1.05-1.10，所述的前驱体的表达式为niacobmnc(oh)2。

7.如权利要求6所述的一种小颗粒单晶正极材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤s1中添加剂所含添加元素与前驱体的重量比为0.1wt.%＜x:(niacobmnc(oh)2)＜0.3wt.%。

8.如权利要求3所述的一种小颗粒单晶正极材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤s1中的预混搅拌方式为机械搅拌，搅拌时间2-10min；

9.如权利要求3所述的一种小颗粒单晶正极材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤s3中的浆料烘烤温度为100-130℃，烘烤时间为5-10h；

10.如权利要求3所述的一种小颗粒单晶正极材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤s4中的烧结温度为850-980℃，保温时间为8-15h，烧结气氛为干燥空气或氧气。

技术总结
本发明涉及一种小颗粒单晶正极材料及其制备方法，所述的方法包括以下步骤：步骤S1：将锂源、添加剂和前驱体按照比例加入纯水中搅拌预混；步骤S2：预混后浆料转入砂磨机中进行砂磨，得到平均粒径在0.1‑1.2μm范围内的分散均匀的浆料；步骤S3：对浆料烘烤结块后进行闪蒸干燥，得到干燥粉料；步骤S4：将步骤S3得到的干燥粉料置于烧结炉中烧结制得单晶正极材料；本发明对前驱体形貌、粒度无特殊要求，浆料及烘干后粉料均可；对锂源的粒度无特殊要求，大小颗粒均可；本发明所得正极材料分散程度高，易于破碎，具有较好的电化学性能；本发明具有降低原材料要求、降低生产成本、采用砂磨提高混料均匀性、采用闪蒸干燥不易团聚利于包覆的优点。

技术研发人员：焦玉春,罗传军,陈腾飞,许飞,侯奥林,张雷,戚凤晓,席凯凯,连云峰,任小磊,胡亚乐
受保护的技术使用者：广西宁福新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15