[发明专利]一种高容量单晶高镍锂电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明适用于锂电池技术领域，提供一种高容量单晶高镍锂电池正极材料及其制备方法，本发明方法先用正极材料前驱体和固体添加剂、液体添加剂混合煅烧，得到类单晶前驱体，然后使用类单晶前驱体制备高容量单晶高镍锂电池正极材料，其中固体添加剂以固体形式掺入到前驱体中，液体添加剂以液体形式高压喷雾到前驱体中，最终制备得到的正极材料，化学通式为Li_aNi_xCo_yMn_1‑x‑yZr_bM_cN_dO₂，其中，1.00≤a≤1.15，x≥0.8，0＜y≤0.2，0＜b+c+d＜0.1，材料形貌结构是单晶形态，与主含量组成相同的二次团聚球形高镍锂电池正极材料相比，容量不比二次团聚球形高镍锂电池正极材料低，但是大幅度提高了倍率性能和循环性能。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，尤其涉及一种高容量单晶高镍锂电池正极材料及其制备方法。

背景技术

近几年，下游新能源汽车的繁荣拉动了动力电池需求的增长。其中，拥有高能量密度的三元材料优势明显，由于Ni有提高能量密度的作用，高镍化是趋势。NCM根据三种金属占比不同，分为低镍的111，523，424，622和高镍的811和Ni90等，NCA也是高镍的一种。但是随着Ni的增高，在高电压下材料表面和电解液的副反应更加容易发生，导致安全性、循环性和倍率性能下降。通常的三元正极材料是二次团聚体，在极片制作过程中容易压碎，在充放电过程中也容易导致结构坍塌。即使包覆过后的正极材料在滚压之后也会有一部分材料表面暴露在电解液中，从而影响了锂电池的倍率性和循环性，这一缺陷限制着高镍材料的发展。

很多研究人员在低镍锂电池正极材料单晶制作方面也做过很多工作。但大多数最后的烧结温度都是在900℃以上，增加了高镍锂电池正极材料的阳离子混排程度，降低了电池正极材料的容量，倍率性和循环性。高镍材料越来越多的人研究，但是研究高容量单晶高镍正极材料的很少。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种高容量单晶高镍锂电池正极材料及其制备方法，旨在解决现有高镍正极材料在不牺牲容量的前提下无法实现高倍率充放电和长循环的技术问题。

一方面，所述高容量单晶高镍锂电池正极材料的制备方法包括下述步骤：

1)制备类单晶前驱体：将高镍锂电池正极材料前驱体和固体添加剂在高速混合机中进行混合；配置含锆源、掺杂剂、润湿剂的液体添加剂；将所述液体添加剂用高压喷雾方式均匀喷雾到前驱体和固体添加剂混合料中继续混合；混合完成后在400～800℃下在空气气氛中煅烧，之后进行研磨粉碎得到类单晶前驱体；

2)制备单晶高镍锂电池正极材料：将步骤1)制备的类单晶前驱体与锂源在高速混合机中混合，之后在700～900℃下在含氧气氛中煅烧，出料后经研磨碾压、旋风分离，过筛后得到高容量单晶高镍正极材料半成品，然后经过水洗、热处理得到高容量单晶高镍锂电池正极材料。