[发明专利]一种单晶三元正极材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种单晶三元正极材料的制备方法，其特征在于，单晶材料的化学表达式为：Li1+xNiaCobMncO2(其中0a1，0b1，0c1，a+b+c＝1，0≤x≤1)，包括以下步骤：S1)将氧化锂粉末、镍、钴、锰金属单质粉末和助熔剂按比例混合分散；S2)将分散均匀后的物料在含氧气氛、第一温度曲线下进行第一次烧结；S3)再将第一次烧结后的产物在含氧气氛、第二温度曲线下进行第二次烧结；S4)最后将第二次烧结后的物料自然冷却至室温，经过破碎、过筛，即可获得目标产品。利用此方法所制备的单晶三元材料在高电压下也能够获得高容量和长循环特性，同时显著改善了电池的倍率性能，大大降低了生产成本，以及广泛的工业应用价值。

技术领域：

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种锂单晶三元正极材料的制备方法。

背景技术：

锂离子电池三元正极材料因具有容量大、倍率性能高、安全性能好以及价格低廉等优点而得到广泛应用。然而，传统镍钴锰酸锂三元正极材料一般都是纳米级一次小颗粒聚集而成的球形或类球形二次颗粒，由于颗粒机械强度较低，二次球形颗粒容易破碎，在高温和高压的循环充放电过程中，二次球形颗粒三元正极材料表面副反应增加和金属离子溶出加剧，从而引起容量降低、循环性能变差、胀气等问题。因此，单晶材料应运而生，不仅增强了正极材料的稳定性，也可以将整个体系的电压提升到一个新的高度。目前有关单晶三元材料的制备方法一般为：先用镍钴锰的金属化合物采用共沉淀法制备三元前驱体，再加入锂源焙烧得到三元正极材料，此制备过程副产物气体多，工艺复杂且成本高，对于单晶材料的合成生产仍然有很大的局限性。

发明内容：

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种单晶三元正极材料的制备方法，该方法直接利用氧化锂粉末、镍、钴、锰金属单质粉末和助熔剂作为原料，保证了各元素混合的均匀性，不仅降低了原材料的成本，还降低了烧成温度，降低了能耗，具有加工制造成本低、产品表面残锂低的优点，可制造出具有较高初始容量、高倍率性能、良好的循环保持率的单晶三元正极材料。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种单晶三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1)将氧化锂粉末、镍、钴、锰金属单质粉末和助熔剂按比例混合分散；

S2)将分散均匀后的物料在含氧气氛、第一温度曲线下进行第一次烧结；

S3)再将第一次烧结后的产物在含氧气氛、第二温度曲线下进行第二次烧结；

S4)最后将第二次烧结后的物料自然冷却至室温，经过破碎、过筛，即可获得所述目标产品。

在一个或多个实施例中，步骤S1)中锂源为氧化锂，镍、钴、锰源为镍、钴、锰金属单质，助熔剂为氧化锶。

在一个或多个实施例中，步骤S1)中Li：Ni：Co：Mn的摩尔比为(1.02～1.12)：(0～0.95)：(0～0.25)：(0～0.35)，助熔剂的质量是氧化锂和镍、钴、锰金属单质粉末总质量的0.2wt％～2wt％。

在一个或多个实施例中，步骤S1)中所述混料方式包括球磨混料机、滚筒式混料机、高速混料机、锥形混料机、螺带式混料机、犁刀式混料机等，依据混料量大小而定；小批量制备时，优选为行星式球磨机，中批量生产时，优选为高速混料机，批量化生产时，优选为犁刀式混料机。

在一个或多个实施例中，步骤S2)、S3)中所述含氧气氛包括空气模式、高纯氧气模式(氧浓度≥95％)中的至少一种，若两种混合时，则混合比例为任意比例。

在一个或多个实施例中，步骤S2)中第一温度曲线为预烧阶段曲线，在含氧气氛中进行，以0.5～10℃/min的升温速率从室温升至350～600℃，保温1～12小时。

在一个或多个实施例中，步骤S3)中第二温度曲线为固相反应阶段，在含氧气氛中进行，以0.5～10℃/min的升温速率升温至650～980℃，保温8～24小时。