[发明专利]一种多晶三元正极材料的单晶化方法

说明书

本发明公开一种多晶三元正极材料的单晶化方法，形貌为多晶的三元正极材料与球磨剂混合均匀放入等离子体球磨机中进行球磨，球磨后的三元正极材料形貌破碎成小颗粒，后将等离子体球磨产物清洗抽滤后进行烘干，再均匀混合锂盐进行熔盐煅烧，煅烧后的正极材料取出水洗烘干后进行退火，最终得到结晶度良好、结构稳定的单晶正极材料。

技术领域

本发明属于电池材料领域，具体涉及一种多晶三元正极材料的单晶化方法。

背景技术

人类的发展进步离不开能源的开采与使用，随着现代社会生产力的飞速发展，人类对于煤炭、石油和天然气等传统化石能源的需求量急剧上升，但是这些不可再生能源的过度开采与使用逐渐导致全球能源危机的爆发，另一方面，传统化石燃料燃烧时释放的大量废气也对环境造成了极大危害，进入二十一世纪以来，全球气候变暖、雾霾等问题层出不穷，为了解决上述问题，我们既要改进现有能源的利用方式，更需要开发新型绿色的可持续能源，诸如风能、太阳能、核能以及水力发电等等。为了更充分地利用这些新型能源，人们需要高效、便携的储能装置，锂离子电池由于其高比能量、长循环寿命、自放电小以及高安全性能等优点逐渐成为研究热点。自从上个世纪九十年代索尼公司首次将其成功商业化之后，锂离子电池已经广泛应用于便携式电子设备、电动汽车以及各式储能电源系统中。其中，三元正极材料占了重要地位。

三元正极材料按形貌分为单晶三元正极材料和多晶三元正极材料。传统的多晶三元正极材料通常是许多一次纳米级颗粒聚集而成的二次球球形多晶颗粒。多晶三元正极材料相比于单晶三元正极材料振实密度低、热稳定性差、力学性能差、循环过程中易产生沿晶裂纹。其中最常见的失效机制为晶粒开裂，多晶颗粒在电池充放电的长期循环过程中，由于各向异性会产生内应力，从而沿着晶界形成微裂纹。微裂纹的产生会使颗粒内部与电解质进一步发生反应，最终造成晶粒破碎。与多晶材料相比，单晶材料颗粒中没有晶界，单晶颗粒表现出整体稳定的结构和连续的导电网络。除此外，单晶三元正极材料因其优异的结构稳定性和良好的电池容量保持率被广泛关注，被认为是制造机械可靠的固态电池的希望。但是现在并没有制备单晶材料的好方法。

发明内容

本发明提供一种将锂离子电池多晶三元正极材料通过等离子体球磨结合高温熔盐煅烧最终转化为单晶三元正极材料的方法，将形貌为多晶的三元正极材料与球磨剂酸性溶液混合均匀放入等离子体球磨机中进行球磨，球磨后的三元正极材料形貌破碎成小颗粒，然后将等离子体球磨产物清洗抽滤后进行烘干，再混合均匀锂盐进行煅烧，煅烧后的正极材料取出水洗烘干后进行退火，最终得到结晶度良好、结构稳定的单晶三元正极材料。

本发明具体的技术方案如下：

一种多晶三元正极材料的单晶化方法，具体步骤如下：

(1)将锂离子电池多晶三元正极材料与球磨剂一同加入至等离子体球磨机内，在惰性气氛中进行球磨；

(2)将等离子体球磨产物用去离子水清洗、抽滤取出材料后进行120℃烘干处理；

(3)将烘干后的材料与LiOH·H₂O、Li₂CO₃混合均匀，放入马弗炉中煅烧，在煅烧过程中多晶正极材料颗粒逐渐分散长大成为单晶正极材料；

(4)将煅烧好的材料取出进行水洗，以除去多余的锂盐，将水洗好的正极材料放入烘箱进行烘干处理，将烘干后的材料二次放入马弗炉中进行退火处理，使晶体结构更加稳定，结晶度更加完好，退火完成后进行研磨，使颗粒分散。

步骤(1)锂离子电池多晶三元正极材料为化学式为LiNi_xCo_yMn_zO₂或LiNi_xCo_yAl_zO₂的多晶三元正极材料或者废料，其中x+y+z＝1，1/3≤x＜1。