[发明专利]一种三元单晶正极材料及其制备方法与电池

说明书

本发明涉及一种三元单晶正极材料及其制备方法与电池，所述三元单晶正极材料的制备方法包括如下步骤：混合三元多晶材料与包覆材料，进行热处理后，得到所述三元单晶正极材料；所述包覆材料的熔、沸点低于热处理的温度。本发明提供的制备方法通过一步热处理将三元正极材料中团聚的二次颗粒粉碎成具有表面包覆层的高分散性一次单晶颗粒，相比于传统高温固相法和熔融盐法制备单晶，明显减少了工艺步骤，避免了材料微裂纹现象，提高了材料稳定性，同时包覆层的存在避免了单晶小颗粒在电池体系中界面副反应的发生。

技术领域

本发明属于三元正极材料制造技术领域，涉及一种三元单晶正极材料的制备方法，尤其涉及一种三元单晶正极材料及其制备方法与电池。

背景技术

随着社会发展及环境污染问题日趋严峻，新能源的发展越来越受到人们重视，锂离子电池近年来成为了科研工作者的研究热点之一，而锂离子电池正极材料更是人们关注的重点。目前市场中比较广泛的材料有钴酸锂、磷酸铁锂和三元等材料。

多晶材料是由纳米级别的一次颗粒团聚而成的二次颗粒，团聚体内部晶界较多，在电池循环过程中，晶格常数与晶胞体积发生变化，导致晶界开裂，从而导致电池循环性能和安全性能下降。

单晶材料具有较小的比表面积，同时晶界数量少，因此颗粒的机械强度高，有利于改善三元材料的循环稳定性。单晶材料的结构和电化学稳定性远远优于三元多晶，近年来得到了广泛的关注。

常见的单晶材料的制备工艺，主要包括单步高温合成工艺、多步高温合成工艺和熔盐辅助合成工艺三种。

单步高温烧结工艺简单，但单步烧结会引起二次颗粒团聚，并且导致残锂量增加，并引起显著的阳离子混排。

多步合成方法，首先将前驱体与80％-97.5％的锂进行混合，然后在485℃下烧结3h，然后经过研磨后再在485℃下烧结2h，然后再在850-950℃进行烧结，再在735℃下进行烧结12h，通过多步烧结法有效的减少了颗粒团聚的现象，但烧结工艺复杂且成本高。

熔融盐法是在合成过程中添加前驱体数量数倍的锂盐，熔融锂盐能够有效的促进原子扩散，从而促进颗粒的生长，在较低的温度下合成单晶，从而有效的减少阳离子混排和粒子团聚，但是这一方法需要在合成后对锂盐进行清洗，锂盐消耗量大成本高，工序复杂。

因此，亟需提供一种简单新型、成本低的三元单晶材料制备方法。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供了一种三元单晶正极材料及其制备方法与电池，通过一步热处理将三元正极材料中团聚的二次颗粒粉碎成具有表面包覆层的一次单晶颗粒，相比于传统高温固相法和熔融盐法制备单晶，明显减少了工艺步骤，且增强了三元单晶正极材料的性能。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种三元单晶正极材料的制备方法，所述三元单晶正极材料的制备方法包括如下步骤：

混合三元多晶材料与包覆材料，进行热处理后，得到所述三元单晶正极材料；

所述包覆材料的熔、沸点低于热处理的温度。

本发明提供的制备方法通过一步热处理将三元正极材料中团聚的二次颗粒粉碎成具有表面包覆层的高分散性一次单晶颗粒，相比于传统高温固相法和熔融盐法制备单晶，明显减少了工艺步骤，避免了材料微裂纹现象，提高了材料稳定性，同时包覆层的存在避免了单晶小颗粒在电池体系中界面副反应的发生。

由于减轻了内部各向异性应变传递到相邻一次颗粒的影响，由本发明制备得到的三元单晶正极材料显著提升了一次颗粒的机械强度，充放电循环过程中单晶晶界更少，不易产生微裂纹且与电解液之间副反应少，循环稳定性能更加优异。