[发明专利]一种高镍单晶镍钴铝三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高镍单晶镍钴铝三元正极材料及其制备方法，所述高镍单晶镍钴铝三元正极材料的化学式为Li_aNi_xCo_yAl_1‑x‑yM_bO₂，其中，1≤a≤1.2，0.8≤x＜1，0＜y≤0.15，0.001＜b≤0.01；制备方法包括S1：将高BET的三元氧化物前驱体、氢氧化锂、含有掺杂元素M的化合物混合均匀，先高温短时间、再低温长时间烧结；S2：冷却、粉碎、过筛，得到所述高镍单晶镍钴铝三元正极材料。本发明通过采用高BET氧化物前驱体高低温烧结，将高镍单晶镍钴铝三元正极材料的应力控制在0.07～0.14的范围内，在充放电过程中不易发生畸变，正极材料的循环性能好，而且容量较高。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种高镍单晶镍钴铝三元正极材料及其制备方法。

背景技术

为了解决锂离子电池容量衰减过快的问题，许多研究机构尝试使用高镍单晶镍钴铝三元正极材料来代替传统的二次球三元正极材料。申请号US20200127280A1的专利中提到，通过两步锂化法得到的单晶镍钴铝酸锂正极材料LiNi_0.88Co_0.09Al_0.03O₂，在常温下循环100圈以后，容量保持率高于二次球正极材料。又如期刊Journal of Alloys andCompounds,2016,695:91-99中合成的单晶镍钴铝酸锂正极材料LiNi_0.80Co_0.15Al_0.05O₂，100圈循环后依然有91.7％的容量保持率，对应的二次球正极材料的容量保持率只剩下74.9％。

已报道的专利和文献通常采取高温长时间烧结的方式，进行高镍单晶镍钴铝三元正极材料的合成。以上技术手段虽然能达到提升电池循环的效果，但是该方案有很多的缺点：如能耗高、耗时长、层状结构中的锂挥发严重、样品残锂高、生成杂质(例如Li₅AlO₄、NiO)等；致使现有的高镍单晶镍钴铝三元正极材料电池容量较低，循环性能也仍有较大的提升空间。

如何保持在电池容量不降低的同时提升电池的使用寿命，得到一种循环性能优异的高镍单晶镍钴铝三元正极材料，并提供更为简便的制备方法，成为目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是高温烧结使得高镍单晶镍钴铝三元正极材料容量降低，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种容量较高，同时可以兼顾提升循环性能的高镍单晶镍钴铝三元正极材料；此外，本发明还提供了上述高镍单晶镍钴铝三元正极材料的方法，以解决背景技术中提到的高温长时间烧结带来的缺陷和不足，该方法可有效缩短高温烧结时间，降低表面残锂。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种高镍单晶镍钴铝三元正极材料，所述高镍单晶镍钴铝三元正极材料的化学式为Li_aNi_xCo_yAl_1-x-yM_bO₂，其中，1≤a≤1.2，0.8≤x＜1，0＜y≤0.15，0.001＜b≤0.01，所述M选自Zr、Al、Ce、Sr、Mg、Ti、Mn、Si、La、Ba、Sr、Nb、Cr、Mo、Ca、Y、In、Sn、F中的一种或几种，所述高镍单晶镍钴铝三元正极材料的残余应力值范围为0.08～0.14。

优选的，所述残余应力通过XRD射线衍射法测试及精修得到，其中，XRD测试的扫描范围为10°≤2θ≤80°，扫速为5°/min，并利用Topas软件，使用Rietveld全谱拟合精修法将得到的XRD谱图进行精修。

本发明将高镍单晶镍钴铝三元正极材料的残余应力控制为0.08～0.14，当残余应力偏大时，在充放电过程中容易发生畸变，循环性能不好；而残余应力偏小时，则会影响容量的提升，导致容量偏低。