[发明专利]一种单晶形貌的锂离子电池三元正极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种高电压型单晶形貌的锂离子电池三元正极材料及其制备方法与应用。该三元正极材料的化学通式为LiNi_xCo_yMn_1‑x‑yA_aO₂，其中0.5≤x1，0y≤0.5，0x+y≤0.5，0a≤0.01，添加剂改性元素A为Mg、Ca和Sr中的至少一种。本发明提供的这种三元正极材料具有单晶形貌，在循环过程中可以避免颗粒破裂的现象出现，缓解与电解液的副反应，提高稳定性，改善其在高截止电压(4.5V)下的循环性能。添加剂作为改性元素，能够有效地促进单晶形貌的形成，并且能够提高材料的循环稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料技术领域，具体涉及一种单晶形貌的锂离子电池三元正极材料及其制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池(LIBs)已经在移动电子设备领域占据了统治地位。在锂离子电池的所有部件之中，正极材料扮演着十分重要的角色，它决定着电池的电化学性能和成本。层状镍钴锰酸锂LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂(NCM)三元正极材料因其具有比容量高、放电电压高、能量密度高、倍率性能好等优势，能够为新能源汽车提供较长的续航里程和较快的充电速度，成为了主流的动力电池正极材料之一。

目前，传统的商业化NCM正极材料的形貌为直径10μm左右的球形二次颗粒，二次颗粒是由纳米或亚微米级的一次颗粒紧密地团聚在一起而构成的。然而，这样形貌的球形二次颗粒在极片辊压加工的过程中容易产生破裂，或者在反复的循环过程中破裂，使得电化学性能降低。

发明内容

本发明提供一种振实密度高、可加工性优异、容量衰减较慢以及在高温或高电压下具有优良的电化学性能的单晶形貌的锂离子电池三元正极材料及其制备方法与应用。

本发明提供的这种单晶形貌的锂离子电池三元正极材料，其化学通式为LiNi_xCo_yMn_1-x-yA_aO₂，其中0.5≤x1，0y≤0.5，0x+y≤0.5，0a≤0.01；A为添加剂改性元素Mg、Ca和Sr中的至少一种；所述单晶形貌的锂离子电池三元正极材料的中值粒径D50为1～10μm。

优选地，所述单晶形貌的锂离子电池三元正极材料的中值粒径D50为3～5μm。

本发明提供的这种单晶形貌的锂离子电池三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：

1)、配制金属盐溶液：按摩尔比x:y:(1-x-y)称取镍盐、钴盐和锰盐，将其溶于去离子水，混合均匀，得到金属盐溶液；配制沉淀剂、添加剂溶液和底液；

2)、向步骤1)中底液泵入步骤1)金属盐溶液、沉淀剂、添加剂溶液，在合适的温度、pH和搅拌速度下反应，反应结束后，陈化、洗涤、烘干，得到碳酸盐前驱体Ni_xCo_yMn_1-x-yA_aCO₃；

3)、将步骤2)制得的碳酸盐前驱体Ni_xCo_yMn_1-x-yA_aCO₃与锂源混合均匀，在氧气气氛炉中烧结，冷却后研磨、破碎、过筛，得到单晶形貌的锂离子电池三元正极材料LiNi_xCo_yMn_1-x-yA_aO₂。

作为优选，所述步骤1)中，镍盐为硫酸镍、硝酸镍和氯化镍中的至少一种；钴盐为硫酸钴、硝酸钴和氯化钴中的至少一种；锰盐为硫酸锰、硝酸锰和氯化锰中的至少一种；金属盐溶液中的金属阳离子总浓度为0.5～2.0mol/L。