[发明专利]一种单晶类高镍低钴或无钴正极材料的制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池材料技术领域，提供一种单晶类高镍低钴或无钴正极材料的制备方法。该方法包括多重温控烧结工艺和柔性玻璃态金属硼化物钝化层涂覆改性方法。多重温控烧结工艺利用短时间的高温调控晶体成核和长时间合适温度保证单晶晶体结构有虚度，减少高镍低钴或无钴单晶类在常规烧结法过程中结构塌陷及锂损失。柔性玻璃态金属硼化物钝化层涂覆改性既可以稳定表面氧又可以有效释放晶粒间的应变能，从而有利于保持长循环过程的机械完整性。本制备方法可将3.5‑4.5μm的球形高镍低钴或无钴前驱体烧制成颗粒较大且晶粒界限明显的类单晶形貌，且改性后具有优异的倍率性能和循环稳定性、高温高压稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种单晶类高镍低钴或无钴正极材料的制备方法。

背景技术

目前单晶类高镍正极材料虽具有较高的放电容量，但是容量保持率、循环稳定性、热稳定性较差。在常规烧结工艺中单晶类高镍正极材料的烧结温度较高，高镍材料容量损失较严重。

在单晶类高镍正极材料的电化学循环中，表面氧在高压下变得不稳定易逃逸，这种氧损失不仅氧化有机电解质产气，还导致本体和表面的相变、沿晶界产生的侧反应、过渡金属溶解（随后在阳极侧迁移并影响阳极稳定性）等一系列有害的副反应，进而导致阻抗增长、性能衰退。解决单晶类高镍正极材料在高温高压条件下的不稳定性的关键是稳定表面氧、抑制氧化性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种单晶类高镍低钴或无钴正极材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种单晶类高镍低钴或无钴正极材料的制备方法，在烧结过程中采用多重温控合成法烧结，同时利用柔性玻璃态金属硼化物钝化层涂覆改性。

烧结过程中采用多重温控合成法，利用短时间的高温调控晶体成核和长时间合适温度保证单晶结构有虚度，减少高镍低钴或无钴单晶类在常规烧结法过程中长时间高温烧结导致的结构塌陷及锂损失；柔性玻璃态金属硼化物钝化层涂覆改性既可以稳定表面氧又可以有效释放晶粒间的应变能。

具体来说，所述的制备方法包括以下步骤：

步骤S1，制备高镍低钴或无钴前驱体Ni_xCo_yMn_1-x-y(OH)₂，其中，0.7≤x＜0.96，0≤y≤0.15；

步骤S2，将步骤S1所述的高镍低钴或无钴前驱体Ni_xCo_yMn_1-x-y(OH)₂与锂均匀混合后烧结；烧结过程中控制氧气流量为0.15~10.0 L/min，在450~550℃预烧结2~5h，再以2~5℃/min的升温速率升温至850~950℃烧结3~5h，在30~80min的时间内降温至700~880℃烧结6~30h；

步骤S3，将步骤S2烧结得到的产物冷却至室温，球磨，过筛，即得到LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂氧化物；

步骤S4，在上述的LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂氧化物表面涂覆柔性玻璃态金属硼化物，得到所述的单晶类高镍低钴或无钴正极材料。

进一步的，上述制备方法中，柔性玻璃态金属硼化物的涂覆量为LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂氧化物的0.1~10wt%。