[发明专利]一种层状高镍NCA单晶型三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种层状高镍NCA单晶型三元正极材料及其制备方法。该制备方法，包括以下步骤：获得氧化三元材料前驱体；将氧化三元材料前驱体、第一锂源充分混合，并控制第一锂源中的锂与氧化三元材料前驱体的摩尔比小于1，随后依次经保温熔融和第一次煅烧过程，得到正极材料A；将正极材料A与醋酸锂溶液充分混合，并控制体系加入的总锂与氧化三元材料前驱体的摩尔比为(1.01～1.05)：1，烘干后进行第二次煅烧，得到层状高镍NCA单晶型三元正极材料。本发明通过分步锂化的方式合成高镍NCA单晶材料，并在第一次煅烧前增加保温熔融过程、在第二次锂化过程中以醋酸锂溶液作为第二锂源，不仅形成单晶材料且避免生成Lisubgt;5/subgt;AlOsubgt;4/subgt;，有利于提高正极材料的电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种层状高镍NCA单晶型三元正极材料及其制备方法。

背景技术

高镍层状锂的过渡金属氧化物是应用在锂电池上最具有前景的材料之一。许多关于LiNiO₂的衍生产品都已经商业化并也引起了工业领域和学术圈的兴趣。但是传统的二次球结构的高镍正极材料常常因为一次颗粒间的裂纹以及与电解液之间的副反应，而使得电池的循环性能衰减。因此，单晶形貌的高镍NCM材料的合成方法被报道。单晶形貌的NCM正极材料无一次颗粒，且材料比表面积小，与电解液接触面积少不易发生副反应，可以有效提高电池的循环性能。

基于此，研究者仿照现有传统的NCM的单晶制备工艺生产NCA单晶正极材料，即，按照合适锂配比在氧气氛围一步烧结即得成品。但是在制备过程发现NCA三元正极材料参照NCM正极材料的制备工艺却制备不出符合要求的NCA高镍单晶，究其原因是高镍NCA材料在煅烧温度大于850℃的条件下由于额外的锂源，导致在合成过程中生成Li₅AlO₄不纯分阻碍了NCA单晶的形成，这一现象从根本上否定了采用高镍NCM单晶的合成方法合成高镍NCA单晶。若在烧结中加入更少的Li，会降低Li₅AlO₄的形成，但这也将导致材料的电化学性能较差。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种层状高镍NCA单晶型三元正极材料及其制备方法，用以解决通过现有的NCM正极材料的制备工艺制备NCA高镍单晶正极材料会生成Li₅AlO₄不纯分的技术问题。

本发明的第一方面提供一种层状高镍NCA单晶型三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1、获得氧化三元材料前驱体；

步骤S2、将上述氧化三元材料前驱体、第一锂源充分混合，并控制第一锂源中的锂与氧化三元材料前驱体的摩尔比小于1，随后依次经保温熔融和第一次煅烧过程，得到正极材料A；

步骤S3、将上述正极材料A与醋酸锂溶液充分混合，并控制体系加入的总锂与氧化三元材料前驱体的摩尔比为(1.01～1.05)：1，烘干后进行第二次煅烧，得到层状高镍NCA单晶型三元正极材料。

本发明的第二方面提供一种层状高镍NCA单晶型三元正极材料，该层状高镍NCA单晶型三元正极材料通过本发明第一方面提供的层状高镍NCA单晶型三元正极材料的制备方法得到。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明通过分步锂化的方式合成高镍NCA单晶材料，并在第一次煅烧前增加保温熔融过程、在第二次锂化过程中以醋酸锂溶液作为第二锂源，不仅形成单晶材料且避免生成Li₅AlO₄，有利于提高正极材料的电化学性能。

附图说明

图1是仿照传统高镍NCM单晶正极材料的生产工艺所得高镍NCA三元正极材料与本发明实施例1所得高镍NCA单晶型三元正极材料的XRD图；