[发明专利]一种二元高镍单晶正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二元高镍单晶正极材料，其一次颗粒粒径为1.1～1.8μm，二次颗粒粒径D50为3.0～8.0μm。其制备方法包括：按照化学计量比，将镍钴二元前驱体、锂源、含元素X的第一添加剂混匀，然后进行烧结，一烧产物与含元素M的第二添加剂混匀，然后再烧结，得到二元高镍单晶正极材料。本发明的镍钴酸锂二元高镍单晶正极材料，其一次粒径范围在1.1～1.8μm，与常规同等Ni含量下NCM三元高镍单晶材料比，保持了单晶的低产气、高安全的性能；且在电池充放电过程中，在3.4～3.5V之间出现新的放电平台，使其具有常规三元单晶难以达到的高首次效率，高放电容量，具有优异的倍率性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，尤其涉及一种二元高镍单晶正极材料及其制备方法。

背景技术

随着市场对锂电池能量密度的要求不断提升，目前比较有效的解决手段之一是提升Ni含量来制备高镍NCM三元正极材料。但随着Ni含量的提升，高镍NCM三元正极材料的产气、安全性能也会相应变差。单晶形貌的高镍材料能够有效缓解Ni含量提升所带来的产气、安全性能变差的问题，但单晶材料中Ni含量越高，首次效率和放电容量均会变差，且Ni越高，恶化越明显，发挥不出容量的优势，尤其是Ni含量摩尔比大于88％时，正极材料的放电首次效率降低至84％甚至有时到82％以下。所以对于如何同时保证单晶材料正极材料的产气、安全性能、首次效率和放电容量，目前还无有效的解决方法。因此，如何提升高镍单晶材料的首次效率，在保证充电容量的情况下，具有接近二次颗粒的放电容量，同时还有优于二次颗粒的产气、安全性能，成为单晶材料在行业内发展的瓶颈。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种二元高镍单晶正极材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种二元高镍单晶正极材料，所述正极材料的一次颗粒粒径为1.1～1.8μm，二次颗粒粒径D50为3.0～8.0μm。

上述的二元高镍单晶正极材料，优选的，该正极材料的放电过程中，在3.4～3.5V之间出现新的放电平台。

申请人通过探索性研究发现，控制二元高镍单晶正极材料的一次颗粒粒径在1.1～1.8μm范围内，在电池充放电过程中，在3.4～3.5V之间才会出现新的放电平台，也正是因为该平台的出现才会导致电池的性能得到提升。

上述的二元高镍单晶正极材料，优选的，所述二元单晶正极材料的化学式为dLi_mNi_aCo_bX_cO₂·(1-d)MO₂，其中0.98≤m≤1.07，0.80≤a≤0.99，0.01≤b≤0.20，且a+b+c＝1，0.992≤d≤1；X包括Zr、Ba、Sr、B、Mg、Ca、Y中的至少一种；M包括Al、Ti、W、Zr、Co、B、Nb中的至少一种。

上述的二元高镍单晶正极材料，优选的，所述正极材料的比表面积为0.6±0.2m²/g

上述的二元高镍单晶正极材料，优选的，所述二元单晶正极材料中元素X占比为0～1wt％，元素M占比为0～0.8wt％。

上述的二元高镍单晶正极材料，优选的，所述正极材料的表面残余锂不高于0.15％。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的二元高镍单晶正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照化学计量比，将Ni-Co二元前驱体、锂源、含元素X的第一添加剂混匀；

(2)将步骤(1)得到的混合料置于氧气气氛下进行烧结，烧结后对物料进行破碎处理，得到一烧产物；