[发明专利]一种单晶锂离子电池三元电极材料前躯体、电极材料及其制备方法以及应用

说明书

本发明提供了一种三元电极材料前驱体的制备方法，包括以下步骤：A)将过渡金属氢氧化物和助溶剂混合后进行烧结，得到烧结产物；所述助溶剂包含含硼化合物、氧化镁和氧化铝中的一种或多种；B)在密闭、高温高压条件下，将所述烧结产物、气泡囊材料和分散剂混合后，加入气泡填充材料，使高压气泡进入气泡囊材料，得到单晶锂离子电池三元电极材料前躯体。本发明所述的制备方法，工艺简单可控、利于环保、可以快速地大规模生产、生产成本低。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种单晶锂离子电池三元电极材料前躯体、电极材料及其制备方法以及应用。

背景技术

提高锂离子电池的能量密度可以解决电动汽车行驶里程较短的问题，而提高锂离子电池三元正极材料的压实密度能够充分利用有限的电池空间、提高电池的体积能量密度。研究表明，使用大颗粒单晶三元正极材料可以提高极片的压实密度，改善电池的循环性能。如公开号CN108199021A的中国专利公开了一种锂离子电池大晶粒三元正极材料及其制备方法，将镍钴锰前驱体和锂源进行混合，在400℃～1050℃烧结5～12h，冷却、破碎；再加入到含有改性添加剂和粘结剂的溶液中，混合、干燥，在500℃～1100℃烧结5～12h，冷却、破碎、过筛，得到锂离子电池大晶粒三元正极材料。该材料为由小单晶自组装团聚成的二次粒子，该材料制备的锂离子电池具有能量密度高和循环性能优异的特点。如公开号CN105449169B的中国专利公开了锂离子电池正极材料、制备方法及锂离子电池，利用一定温度的压煮结晶使制备的锂离子电池正极材料具有良好的准单晶形态，避免长时间循环使用或荷电储存中发生颗粒的破碎，提高极片的循环与储存寿命。

如公开号CN108199021A的中国专利所述，先将前躯体和锂盐混合、采用高温烧结的方式使正极材料的一次颗粒长大，然后粉碎得到大颗粒单晶锂离子电池正极材料。然而，为了得到大粒径的一次颗粒，混合后物料的烧结温度一般比材料的反应温度高很多，烧结时间也比材料的反应温度长很多。反应过程中锂盐挥发量增加，为了保证正极材料中的锂含量，混料过程中又需要加入过量的锂盐，导致生产成本生产增加。而且，物理挤压破碎、气流冲击破碎等破碎方式的受力点在三元材料的某一点或某一面，三元材料因为受力不均匀导致的碎裂，进而影响了材料的循环性能。如公开号CN105449169B的中国专利所述，压煮结晶制备锂离子电池正极材料，难以大规模工业化生产，而且在清洗过程中会使用大量的水、醇等溶剂，不利于环境保护。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种单晶锂离子电池三元电极材料前躯体、电极材料及其制备方法以及应用，本发明提供的制备方法，工艺简单可控、利于环保、可以快速地大规模生产、生产成本低，得到的锂离子电池具有较高的压实密度及循环性能。

本发明提供了一种单晶锂离子电池三元电极材料前躯体，为内部分布有高压气泡的掺杂型单晶过渡金属氧化物。

本发明还提供了一种上述三元电极材料前驱体的制备方法，包括以下步骤：

A)将过渡金属氢氧化物和助溶剂混合后进行烧结，得到烧结产物；

B)在密闭、高温高压条件下，将所述烧结产物、气泡囊材料和分散剂混合后，加入气泡填充材料，使高压气泡进入气泡囊材料，得到单晶锂离子电池三元电极材料前躯体。

优选的，所述过渡金属氢氧化物选自锰、钴、镍元素的氢氧化物的一种或多种；

所述助溶剂包含含硼化合物、氧化镁和氧化铝中的一种或多种；所述含硼化合物选自硼酸、硼化锂、硼化镍、硼化钛、硼酸氨、三氧化二硼、三溴化硼和硼酸钠中的一种或多种；

所述过渡金属氢氧化物和助溶剂的摩尔比为1：(0.0001～0.05)。

优选的，步骤A)中，所述烧结的温度为300～800℃，烧结时间为2～20h。