一种高电压单晶镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法

摘要

本发明涉及一种高电压单晶镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法，其分子式为LiNi_xCo_yMn_1‑x‑yM_zO₂，其中：M为Ti、Mg、Al、Zr、La、Ce、B、Sn元素中的一种或多种，x、y、z的取值满足同时满足以下条件：0≤x≤1,0≤y≤0.3,0≤z≤0.8。制备的高电压镍钴锰酸锂LiNi_xCo_yMn_1‑x‑yM_zO₂都是由微米级单晶颗粒组成，单晶颗粒平均尺寸在2～15微米之间。产品具有优异的电化学性能，压实密度高、极片加工性能好、优异的高低温循环性能及倍率性能、极好的高温储存性能和安全性能，适用电压范围广(4.35V～4.6V)，可以广泛用于CE和EV市场。

主权项

一种高电压单晶镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述高电压单晶镍钴锰酸锂正极材料的化学通式为LiNi_xCo_yMn_1‑x‑yM_zO₂，其中，M为Ti、Mg、Al、Zr、F、La、Ce、B、Sn元素中的一种或多种，x、y、z的取值满足同时满足以下条件：0≤x≤1,0≤y≤0.3,0≤z≤0.1；所述高电压单晶镍钴锰酸锂正极材料用于4.4V以上高电压电池体系；所述方法包括以下步骤：1)将镍盐、钴盐、锰盐和掺杂金属M盐按摩尔比为x:y:1‑x‑y:z的比例溶于去离子水中配制成金属阳离子总浓度为0.4～2.5mol/L的盐溶液，搅拌使其充分混匀得到混合盐溶液；2)分别配制碱溶液和络合剂溶液，然后将配好的所述混合盐溶液、碱溶液和络合剂溶液单独以0.1～10L/h的速率泵入反应釜中并进行搅拌，同时通过控制碱溶液和络合剂溶液的流速使混合溶液PH值为9～12，过程控制反应釜温度在20℃～90℃；搅拌速度为100～800rpm，待配好的所述混合盐溶液全部加入反应釜后继续搅拌并陈化4～48h，然后将得到的固液混合物离心过滤分离，用去离子水洗涤固体物至中性后，在80～200℃下烘干2～12h，得到所需镍钴锰氢氧化物前驱体；3)将所述步骤2)制备的镍钴锰氢氧化物前驱体于200～600℃下预烧2～8h，冷却至室温后研磨成粉末过250目筛，得到氧化物I；再将所述氧化物I与锂源和添加剂E球磨混合，在800℃～1200℃下煅烧8～30h，冷却至室温后经研磨过400目筛，得到过程品II；4)将添加剂G加入溶剂N中，充分搅拌形成溶液S，备用；将所述步骤3)制得的过程品II和锂源加入溶剂N中，搅拌后形成料液，将所述溶液S滴入所述料液中，搅拌、过滤和干燥后，在300℃～900℃下煅烧8～20h，冷却至室温后过400目筛，得到本发明所述高电压单晶镍钴锰酸锂正极材料；所述步骤3)中，所述添加剂E为含有元素E的化合物，所述元素E为Ti、Mg、Al、Zr、F、La、B元素中的一种或多种；Ti为TiO₂或钛酸四丁酯，Mg为氧化镁或氢氧化镁，Al为氢氧化铝、氟化铝、异丙醇铝、硝酸铝、纳米氧化铝、磷酸铝中的一种，Zr为ZrO₂，La为La₂O₃，B为B₂O₃，所述添加剂E的总加入量为所述氧化物I总重量的0～2％；所述步骤4)中，所述溶剂N为乙醇、去离子水、丙酮中的一种；添加剂G为含有元素G的化合物，所述元素G为Ti、Mg、Al、Zr、La、Ce、B元素中的一种或多种；Ti为TiO₂或钛酸四丁酯，Mg为氧化镁或氢氧化镁，Al为氢氧化铝、氟化铝、异丙醇铝、硝酸铝、纳米氧化铝、磷酸铝中的一种，Zr为ZrO₂，La为La₂O₃，B为B₂O₃，Ce为Ce₂O₃或CeO₂，所述添加剂G的总加入量为所述过程品II总重量的0～2％。