[发明专利]单晶三元正极材料及其制备方法、锂离子电池正极及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种单晶三元正极材料及其制备方法、锂离子电池正极及锂离子电池。该制备方法包括步骤S1，将包括NCM三元前驱体、锂盐、第一掺杂剂和任选的第二掺杂剂的混合物进行第一烧结，得到烧结后产物；步骤S2，将烧结后产物进行破碎，得到破碎后材料；步骤S3，将包覆剂和破碎后材料混合进行第二烧结，得到单晶三元正极材料；第一掺杂剂为含锶的化合物，第二掺杂剂选自氧化铝、氧化锆、二氧化钛、氧化钇、氢氧化镁中的任意一种或者多种，第一烧结中至少30％的烧结时间使用含氧气的混合气体，含氧气的混合气体中氧气的体积分数为40～90％，第一烧结的温度低于950℃。使得单晶三元正极材料兼具优良的电化学性能和低能耗。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种单晶三元正极材料及其制备方法、锂离子电池正极及锂离子电池。

背景技术

目前主流三元正极材料是二次颗粒多晶正极，但是由于二次颗粒堆积密度较低，导致压实密度较低，并且在较高的压实下，二次球形颗粒会破碎，使材料的比表面积增大，副反应加剧，从而导致电化学性能下降。单晶形貌正极材料的出现可以有效改善上述问题，但根据已有的技术来看，单晶三元正极材,尤其是中低镍单晶三元正极材料的制备过程中所需烧结温度高，能耗大。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种单晶三元正极材料及其制备方法、锂离子电池正极及锂离子电池，以解决现有技术中单晶三元正极材料的制备过程中能耗大的问题。

在本文中，一种或者多种包括一种、两种、三种、四种、五种、六种、七种或更多。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种单晶三元正极材料的制备方法，该制备方法包括：步骤S1，将包括NCM三元前驱体、锂盐、第一掺杂剂和任选的第二掺杂剂的混合物进行第一烧结，得到烧结后产物；步骤S2，将烧结后产物进行破碎，得到破碎后材料；任选的步骤S3，将包覆剂和破碎后材料混合进行第二烧结，得到单晶三元正极材料；其中，第一掺杂剂为含锶的化合物，优选为氧化锶、碳酸锶中的任意一种或者多种，第二掺杂剂选自氧化铝、氧化锆、二氧化钛、氧化钇、氢氧化镁中的任意一种或者多种，包覆剂选自氧化铝、氧化锆、二氧化钛、氧化钇、氧化镁中的任意一种或者多种；第一烧结中至少30％的烧结时间使用含氧气的混合气体，含氧气的混合气体中氧气的体积分数为40～90％，第一烧结的温度低于950℃。

进一步地，上述第一烧结的过程包括升温阶段、保温阶段和降温阶段，升温阶段和保温阶段中各自独立地至少50％的烧结时间使用含氧气的混合气体；或者升温阶段和保温阶段中共计至少50％的烧结时间使用含氧气的混合气体，优选的，升温阶段升温至430℃及以上开始使用含氧气的混合气体。

进一步地，上述含氧气的混合气体中氧气的体积分数为55～70％。

进一步地，在上述步骤S1中，第一掺杂剂中的锶元素的重量为NCM三元前驱体重量的0.01～0.07wt％，优选为0.03～0.06wt％；和/或锂盐选自LiOH·H₂O、Li₂CO₃、LiNO₃、LiCl中的任意两种及以上，优选锂盐为LiOH·H₂O和Li₂CO₃的混合物，更优选混合物中的Li₂CO₃与锂盐的摩尔比为0.10～0.30:1，和/或NCM三元前驱体的D50为2～5μm，和/或第二掺杂剂中的金属元素的重量为NCM三元前驱体重量的0.01～1wt％，优选为0.05～0.4wt％，和/或第一烧结的温度为860～950℃，和/或第一烧结的升温速率为2～5℃/min，优选在860～950℃下保温8～15h。

进一步地，上述破碎后材料的D50粒径为3～6μm，和/或NCM三元前驱体的镍元素的含量为50～70mol％。