[发明专利]一种单晶高镍正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种单晶高镍正极材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：（1）将前驱体、锂源及纳米氧化物混合，在含氧气氛下经一次烧结处理，得到一烧材料；（2）将步骤（1）得到的一烧材料与钛源和钴源混合，在含氧气氛下经二次烧结处理，得到所述单晶高镍正极材料，本发明采用Ti/Co共包覆法，可以大幅度降低制得单晶高镍正极材料的残碱量，同时容量及倍率性能也保持在较高水平，从而减少了工艺流程，降低了成本。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，涉及一种单晶高镍正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

在合成高镍三元镍钴锰酸锂（NCM）正极材料或者镍钴铝酸锂（NCA）正极材料时，材料表面残余碱含量较高，容易吸水，一方面，对于正极材料后续的涂覆造成困难，同时在耐碱性方面对电解液提出了更高的要求，高碱度会导致电池在循环过程中胀气，进而影响电池的循环性能；另一方面在充电状态下，因正极材料颗粒表面上存在Ni⁴⁺，Ni⁴⁺活性较高，易与电解液发生副反应，从而增加了电池的阻抗以及带来不可逆容量的损失。

对于上述问题，目前最普遍的解决办法是对正极材料进行水洗、包覆及复杂的结构设计等方式以改善材料的循环性能和倍率性能，但改善效果都不理想。

CN112186158A公开了一种正极复合材料，所述正极复合材料包括无钴正极材料及形成在其表面的复合碳包覆层，其所述无钴正极材料的粒径为3~5μm，粒径在该范围内的无钴正极材料更利于复合碳进行包覆。复合碳中选择石墨烯，能够有效提高无钴正极材料的离子电导率，正极复合材料还能有效隔离电解液，减少副反应的发生，提高了材料的首次充放电容量。但是其所述材料表面残碱量过高，涂覆效果较差。

CN109768254A公开了一种改性的低残碱型高镍三元正极材料及其制备方法与应用，所述改性的低残碱型高镍三元正极材料是将高镍三元正极材料及磷酸氢盐均匀分散于溶剂，然后对所得混合溶液进行烘干，再对烘干所得产物进行烧结，以使高镍三元正极材料表面的残碱与磷酸氢盐反应生成磷酸盐而得到的。其所述改性的低残碱型高镍三元正极材料的残碱量和pH值的显著降低，不仅能够防止残碱与电解液直接接触而发生副反应，而且还能使得该改性的低残碱型高镍三元正极材料与电解液的反应界面之间具有较高的离子导电性，从而减少阻抗，但是其所述正极材料制得电池的容量较低，电池性能较差。

上述方案存在有残碱量较高或电池容量降低的问题，因此，开发一种残碱量低且保持电池容量的单晶高镍正极材料是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单晶高镍正极材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：（1）将前驱体、锂源及纳米氧化物混合，在含氧气氛下经一次烧结处理，得到一烧材料；（2）将步骤（1）得到的一烧材料与钛源和钴源混合，在含氧气氛下经二次烧结处理，得到所述单晶高镍正极材料，本发明采用Ti/Co共包覆法，可以大幅度降低制得单晶高镍正极材料的残碱量，同时容量及倍率性能也保持在较高水平，从而减少了工艺流程，降低了成本。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种单晶高镍正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

（1）将前驱体、锂源及纳米氧化物混合，在含氧气氛下经一次烧结处理，得到一烧材料；

（2）将步骤（1）得到的一烧材料与钛源和钴源混合，在含氧气氛下经二次烧结处理，得到所述单晶高镍正极材料。

本发明采用纳米氧化物与前驱体和锂源掺杂，可以降低锂镍混排，稳定晶体结构，提高电极材料的导电性进而提高电池的安全性及长周期的循环稳定性，本发明采用Ti/Co共包覆法，可以大幅度降低制得单晶高镍正极材料的残碱量，同时容量及倍率性能也保持在较高水平，从而减少了工艺流程，降低了成本。