[发明专利]一种单晶三元复合材料的制备方法与一种锂离子电池

说明书

本发明提供了一种单晶三元复合材料的制备方法，包括以下步骤：A)将三元镍钴锰材料前驱体、锂源、助熔剂和三元镍钴锰材料前驱体的单晶微粉混合，得到初始混合物料；B)将所述初始混合物料烧结后粉碎，得到三元材料基体；C)将步骤B)得到的三元材料基体、包覆物原料与水混合后再次烧结，得到单晶三元复合材料。本申请还提供了一种锂离子电池。本申请通过三元镍钴锰材料前驱体的单晶微粉与助熔剂协同作用，降低了烧结温度和烧结时间，最终提高了单晶三元复合材料的首次充放电效率和容量。

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池正极材料技术领域，尤其涉及一种单晶三元复合材料的制备方法与一种锂离子电池。

背景技术

锂离子电池作为一种新型的绿色电源，具有比能量高、自放电小、开路电压高、无记忆效应、循环寿命长、无环境污染等优点，因此被广泛用作手机、笔记本电脑、数码相机等电子产品的电源；同时，锂离子电池也是电动汽车电源，又是太阳能类再生能源的储能电源。随着国家政策引导，在纯电动车领域三元材料逐渐替代磷酸铁锂成为市场主流。

目前，商业化的NCM三元正极材料多用于充电电压为4.2V的电池上，其比电容量范围为140～200mAh/g；而通过提高充电电压(＞4.3V)来实现更高的利用三元材料本身理论容量(275mAh/g)，但会加剧三元材料的相转变或晶粒粉化、过渡金属溶出以及电解质分解等不良副反应的程度致使容量衰减剧增。商业化的NCM正极材料多是由一次颗粒聚集而成的球形或类球形的二次颗粒，这种形貌会使材料在制备电极片的辊压中容易发生二次颗粒破碎，加剧材料与电解液间的副反应，导致材料在高电压条件下的稳定性差、循环寿命短；同时单晶形貌的三元材料，锂离子扩散路径增大，导致其具有较差的倍率性能。

申请号为201711173950的中国专利是将小粒度三元正极材料前驱体、锂源混合后，通过多段温度烧结、粉碎获得了单晶形貌的三元正极材料，然后将所述单晶形貌的三元正极材料与Al₂O₃、TiO₂混合后，通过多段温度一次烧结，获得掺杂Ti和包覆Al的高电压单晶锂离子三元正极材料，但是其烧结温度较高烧结时间过长，这会加剧材料中的阳离子混排，导致其具有较低的首次库伦效率容量和放电容量，且粉碎过程中不可避免的产生Dmin＜1μm的微粉物料。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种单晶三元复合材料的制备方法，本申请制备的单晶三元复合材料可减弱阳离子混排，提高首次充放电效率和容量。

有鉴于此，本申请提供了一种单晶三元复合材料的制备方法，包括以下步骤：

A)将三元镍钴锰材料前驱体、锂源、助熔剂和三元镍钴锰材料前驱体的单晶微粉混合，得到初始混合物料；

B)将所述初始混合物料烧结后粉碎，得到三元材料基体；

C)将步骤B)得到的三元材料基体、包覆物原料与水混合后再次烧结，得到单晶三元复合材料。

优选的，所述助熔剂为所述三元镍钴锰材料前驱体的0.5～2wt％，所述锂源中的锂元素与三元镍钴锰材料前驱体中镍元素、钴元素和锰元素总元素之和的摩尔比为(0.96～1.12)：1，所述三元镍钴锰材料前驱体的单晶微粉为所述三元镍钴锰材料前驱体的2～5wt％。

优选的，所述助熔剂为LiF和BO₂中的一种或两种；所述包覆物原料为摩尔比为0.5:2:3的Na₂CO₃、TiO₂和(NH₄)₂HPO₄的混合物；所述锂源选自碳酸锂和氢氧化锂中的一种或两种。

优选的，所述三元镍钴锰材料前驱体的D50＝3～5μm，Dmax＜10μm，所述三元镍钴锰材料前驱体的单晶微粉的Dmin＜1μm。