[发明专利]一种高电压单晶三元材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高电压单晶三元材料及其制备方法，该材料的化学式如下：LiNiacobMncO2，0.3≤a≤0.7，0.2≤b≤0.5，0.2≤c≤0.4。该方法包括如下步骤：S1、以硫酸镍溶液、硫酸钴溶液、硫酸锰溶液为原料混合均匀按照金属离子摩尔比a∶b∶c进行混合，并溶解在去离子水中，配置成溶液。本发明通过固相法高温烧结制备单晶型二次颗粒，提高锂离子传递效率，同时减少材料和电解液之间的界面反应，从而提高材料的倍率性能和循环性能，通过Zr、Ti掺杂造成Li‑O八面体体积增加，提高锂离子扩散速率，提高电池性能，通过在Zr、Ti掺杂时增加合成温度，从而可以拓宽八面体的尺寸，促进了锂离子的扩散，从而进一步增加了电化学性能。

技术领域

本发明涉及三元材料技术领域，尤其涉及一种高电压单晶三元材料及其制备方法。

背景技术

锂离子二次电池具有电压高、容量高、循环长、自放电率低、热稳定性好等优点，已被广泛应用于便携式移动工具、数码产品等领域。近年来，随着电子产品的不断升级换代，以及电动汽车、混合动力汽车的快速发展，对电池的能量密度提出了更高的要求。目前市场上广泛使用的锂电池正极材料是钴酸锂，但是有限的能量密度、较低的安全性以及昂贵的价格限制了其进一步发展。对比之下，三元材料的容量优势、良好的电池性能以及适中的价格成为取代钴酸锂的优异的正极材料。

目前市场上高端电子产品的电池已经更新换代成为充电截止电压为4.35V的高电压电芯，随着充电电压的提升，电池的能量密度有了明显的提升，这对于满足高端便携设备更高的体积比能量以及续航要求意义非常重大。目前，镍钴锰三元素材料主要存在首次放电效率低、循环性能差、倍率性能不理想等问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述的问题，而提出的一种高电压单晶三元材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明公开了一种高电压单晶三元材料，该材料的化学式如下：

LiNiacobMncO2，0.3≤a≤0.7，0.2≤b≤0.5，0.2≤c≤0.4。

本发明还公开了一种高电压单晶三元材料制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1、以硫酸镍溶液、硫酸钴溶液、硫酸锰溶液为原料混合均匀按照金属离子摩尔比a∶b∶c进行混合，并溶解在去离子水中，配置成溶液；

S2、将络合剂氨水溶液和3.8moL/L的NaOH沉淀剂与由S1中制备的溶液共同混合得混合溶液，接着将混合溶液加入到盛有1L去离子水的反应釜中进行反应，加热搅拌进行沉淀反应，反应过程中，反应温度为60-75℃，pH为7-9，搅拌速度为900-1200r/Min，待充分反应后开始对溢流出的料液进行固液分离，分离后的固体产物经洗涤、烘干后，得到球形的镍钴锰前驱体；

S3、将由S2中制得的球形的镍钴锰前驱体进行预氧化煅烧处理，烧结温度为1000℃，再降温到850℃，烧结10小时·，烧结完毕后随炉冷却，过筛得到镍钻锰氧化物；

S4、按照化学计量比Li：N＝1.07(N是Ni、co、Mn总含量)将碳酸锂与镍钻锰氧化物均匀，然后，在空气气氛中用马弗炉进行1次烧结，从室温到755℃加热3h，从755℃到970℃加热5h，970℃保温12h，再随炉温自然冷却，烧结过程中的气流量为12L/Min；样品冷却后进行万能破碎，并过250目筛网；

S5、按照化学计量比Zr：N＝0.002，Ti：N＝0.001，将过筛后的样品与二氧化锆、二氧化钛混合均匀，然后，在空气气氛中用马弗炉进行2次烧结，从室温到650℃加热至1050℃，处理24小时，再随炉温自然冷却，烧结过程中的气流量为12L/Min，样品冷却后进行万能破碎，过180目筛，得LiNiacobMncO2。