[发明专利]一种单晶三元正极材料及其制备方法以及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种单晶三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：A)将三元材料前驱体、锂源和添加剂混合后挤压，得到坯体；所述添加剂选自金属粉末和碳粉中的一种或多种，所述金属粉末选自金属钴粉、金属锰粉和金属镍粉中的一种或多种；B)用电弧放电对所述坯体底部点火进行自蔓延高温燃烧合成，冷却后得到中间体；C)将所述中间体依次进行破碎、整形、分级、焙烧和冷却，得到单晶三元正极材料。本发明提供的单晶三元材料制备方法工艺简单，制备成本较低，适合大规模工业化生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种单晶三元正极材料及其制备方法以及锂离子电池。

背景技术

目前已经商业化的锂离子电池正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂及镍钴锰三元正极材料。与其他正极材料相比较，镍钴锰三元正极材料具有较高的放电比容量、较高的循环性能和倍率性能，尤其适合作为高能量密度锂离子电池的正极材料。普通的三元材料为多晶球形形貌，容易在极片压实过程中破碎成多个细小颗粒，造成锂离子电池充放电过程中的副反应增多，导致循环性能降低。

现有的单晶形貌的镍钴锰三元正极材料制备工艺，主要关注于水热法制备前躯体、提高烧结温度、添加助熔剂、多次烧结、颗粒破碎等方面，单位能耗较大，不利于单晶三元材料的大规模应用。如公开号为CN111600010A的中国专利公开了一种三元材料的单晶大颗粒的制备方法，将三元材料的主元素原材料、沉淀剂、模板剂、助熔剂按照一定比例在去离子水中混合，在反应釜中水热得到三元材料前躯体，然后加入锂源高温煅烧得到单晶颗粒。但是这种方法受到反应釜容积的限制，每吨产品的能耗较大且难以实现大规模生产。如公开号为CN110923801A的中国专利公开了一种单晶三元材料的制备方法和应用，在制备前躯体的过程中加入了助熔剂，混合均匀后，在氧气气氛下进行一次焙烧，焙烧产品粉碎后水洗出去助熔剂，烘干后得到单晶三元前躯体；将单晶三元前躯体和锂源进行混合，在含氧气氛下进行二次焙烧，得到单晶三元材料。这种方法在除去助熔剂的时候消耗了大量的水资源，而且通过多次焙烧才能得到单晶三元材料，不符合节能环保的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种单晶三元正极材料及其制备方法以及锂离子电池，本发明提供的制备方法工艺简单，制备成本较低，适合大规模工业化生产。

本发明提供了一种单晶三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：

A)将三元材料前驱体、锂源和添加剂混合后挤压，得到坯体；

所述添加剂选自金属粉末和碳粉中的一种或多种，所述金属粉末选自金属钴粉、金属锰粉和金属镍粉中的一种或多种；

B)用电弧放电对所述坯体底部点火进行自蔓延高温燃烧合成，冷却后得到中间体；

C)将所述中间体依次进行破碎、整形、分级、焙烧和冷却，得到单晶三元正极材料。

优选的，所述三元材料前驱体选自Ni_xCo_yMn_1-x-y(OH)₂，其中0.3x1， 0y0.4。

优选的，所述锂源选自碳酸锂、氢氧化锂和氟化锂中的一种或多种。

优选的，所述碳粉选自炭黑、乙炔黑、石墨粉、木碳粉和活性炭中的一种或多种。

优选的，所述添加剂选自金属粉末以及碳粉。

优选的，所述三元材料前躯体、锂源、金属粉末和碳粉的摩尔比为1： (1～1.1)：(0.001～0.05)：(0.01～0.05)。

优选的，所述自蔓延高温燃烧合成点火方式为电弧放电点火，电弧放电的放电电压为1～380V，放电时间为1～60s。

优选的，所述焙烧温度为500～900℃，所述焙烧时间为2～48h。