[发明专利]一种熔渗分散法制备高容量单晶三元正极材料的方法

说明书

本发明公开了一种熔渗分散法制备高容量单晶三元正极材料的方法，包括如下步骤：将前驱体与含锂组合熔盐均匀混合，在氧气氛围中高温烧结；对烧结后的材料进行破碎、过筛，并通过溶剂分散洗涤除去冗余熔盐，实现材料的纯化；洗涤后的材料经过干燥、破碎、过筛，得到高容量、小粒径单晶三元正极材料。本发明提供的一种熔渗分散法制备高容量单晶三元正极材料的方法有效地降低了单晶三元正极材料的合成温度，制备的亚微米级材料分散性好，有效地克服了传统方法中颗粒易团聚的缺点，所得材料形态良好，颗粒尺寸一致性好，结晶性好，锂镍混排低，首次库伦效率，放电比容量高，循环性能好，整个生产流程周期短，工艺简单，易于进行工业化推广等优点。

技术领域

本发明涉及二次电池正极活性材料合成技术领域，特别涉及一种熔渗分散法制备高容量单晶三元正极材料的方法。

背景技术

随着新能源产业的迅速增长，锂离子电池因其高能量密度高、循环寿命长、安全、环保等诸多优势而受到广泛关注。锂离子电池的正极材料一直是制约其发展的主要瓶颈，进一步提高容量和降低成本成为亟待解决的问题。三元正极材料作为目前市场主流的正极材料，具有高可逆容量、低成本、低温性能好等明显优势，具有广阔的发展前景。在商用正极材料中，LiNi_xCo_yMn_zO₂(NCM)和LiNi_xCo_yAl_zO₂(NCA)占据市场主流，且通常呈现多晶二次颗粒形态。随着市场需求和政策的推动，三元正极材料中镍含量不断增加，高镍材料的反应活性较强，特别是在高荷电状态下，其形态、结构等方面表现出明显的不稳定性。大量研究显示，高镍材料面临着微裂纹、表面重构、电极—电解液副反应、析氧产气以及不可逆相变等诸多挑战。

高镍单晶三元正极材料因其安全性能和良好的循环稳定性，可有效缓解电动汽车市场份额不足的两大主要因素：安全、寿命短，逐渐成为研究热点之一，有望取代高镍多晶成为市场上商业化正极材料的主流。由于单晶材料具有长程有序性，比表面积小等优点，因此结构稳定性好，机械性能好，有利于提高压实密度，提高电池寿命。另外，单晶材料具有良好的抗裂性，能减少微裂纹，减少产气。单晶三元正极材料大规模应用的瓶颈在于工艺复杂且不够成熟。此外，由于单晶材料固有特性，如锂离子扩散通道长、高电压下晶面滑移以及表面结构重建，不利于容量发挥和高功率性能。为了满足动力电池高比能、快速充电的要求，高镍单晶材料急需提高放电比容量和功率性能。目前，单晶三元正极材料也存在一些不足之处。比如，单晶三元正极材料的颗粒尺寸通常约为几个微米，粒径较大导致充放电过程中锂离子扩散较为缓慢，造成放电比容量较低、倍率性能较差。

为解决上述问题，经检索，CN113437289A专利公开了一种高容量单晶三元正极材料及其制备方法，制备了内外成分不同的核壳结构单晶，同时进行多元素共掺杂以稳定体相结构，通过提高内部锂离子扩散速率，从而提高了正极材料的放电比容量。但所述工艺流程繁杂，所得单晶三元正极材料颗粒的形貌不规则。CN113299905A专利公开了一种高容量小颗粒单晶三元正极材料及其制备方法，将前驱体、锂源、助熔剂混合煅烧，得到团聚体结构晶种，再按照一定比例将其与前驱体、锂源混合再次煅烧，得到形态良好、一次颗粒一致性好的小颗粒单晶三元正极材料，但所得材料虽然粒径较小且均一，颗粒相互粘连团聚，分散性不佳，且容量优势不明显。

发明内容

鉴于目前存在的上述不足，本发明提供了一种熔渗分散法制备高容量单晶三元正极材料的方法，本申请针对单晶三元正极材料动力学迟缓，放电比容量低、倍率性能差的问题，且克服固相合成技术难以制备小粒径单晶的局限，提供一种简易的小粒径高容量单晶三元正极材料的制备方法。混合前驱体、含锂组合熔盐(含锂源)，结合熔盐熔渗分散技术，通过简易的高温固相烧结，制备得到小粒径亚微米单晶三元正极材料，本发明三元正极材料组装的电池充放电电压高、首次库伦效率高、放电比容量高，循环稳定性好。

为了达到上述目的，本发明提供一种熔渗分散法制备高容量单晶三元正极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：