CN114843502A - 一种高倍率单晶高镍正极材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高倍率单晶高镍正极材料及其制备方法，包括：将多晶高镍正极材料进行强水洗、干燥、掺杂、包覆和烧结，得到高倍率单晶高镍正极材料。本发明通过特定的技术手段处理高镍多晶正极材料以制备低团聚程度、颗粒分散均匀的亚微米级单晶高镍正极材料，同时其单晶颗粒表面光滑，无明显颗粒破碎情况，颗粒的机械完整性高、分散性好，表现出优异的大倍率充放电性能和高安全性；本发明通过强水洗结合特定的溶液，实现从多晶颗粒到单晶颗粒的分散转化。本发明还提供了一种高倍率单晶高镍正极材料及其应用。
Description
技术领域
本发明属于正极材料技术领域，尤其涉及一种高倍率单晶高镍正极材料及其制备方法和应用。
背景技术
在当前，低/无钴化三元正极材料的研发制备，有利于显著降低正极材料的成本，是未来多元正极材料发展的主要趋势。此外，如何实现三元正极材料的快充性能，达到稳定的超高倍率充放电循环，也是一个亟待解决的技术问题。现有技术中的高镍三元正极材料倍率性能差，循环稳定性差，难以实现超高倍率稳定充放电循环；而且采用高温烧结法和助剂法制备的单晶正极材料颗粒尺寸分布不均匀且粒径较大(微米级)、机械完整性较差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高倍率单晶高镍正极材料及其制备方法和应用，本发明提供的方法制备的高倍率单晶高镍正极材料工艺简单、成本低，性能较好。
本发明提供了一种高倍率单晶高镍正极材料，包括：
一次颗粒基体；
包覆在所述一次颗粒基体表面的包覆物；
所述一次颗粒基体的化学式为：
Li[NixCoyMn(1-x-y)](1-z)M’zO2 式I；
式I中，0.6≤x≤1，0≤y≤0.2，x+y≤1，0≤z≤0.1；
M’选自Al、Mg、Ti、Zr、Na、K、Y、Nb、F和Se中的一种或几种；
所述包覆物的化学式为：
LimM”On 式II；
式II中，1≤m≤4，2≤n≤4；
M”选自B、P、Si、Al、Mg、Sr、Ba、La、Co、Ti和Zn中的一种或几种。
优选的，所述高倍率单晶高镍正极材料的粒度分布较窄：
(D90-D10)/D50≤1。
优选的，所述高倍率单晶高镍正极材料中的颗粒粒径为亚微米级，颗粒的平均粒径为100～1000nm。
本发明提供了一种高倍率单晶高镍正极材料的制备方法，包括：
将多晶高镍正极材料进行强水洗、干燥、包覆和烧结，得到高倍率单晶高镍正极材料；
所述强水洗过程中的水洗溶液选自去离子水、氢氧化钠溶液、氨水溶液、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、碳酸锂溶液、氢氧化锂溶液、四硼酸钠溶液、磷酸二氢钠溶液、硼酸溶液和前驱体清洗液中的一种或几种。
优选的，所述强水洗过程中的搅拌速度为500～1500rpm。
优选的，所述强水洗的时间为5～60min。
优选的，所述水洗溶液的质量为多晶高镍正极材料质量的0.5～10倍。
优选的，所述强水洗过程中的温度为10～60℃。
优选的，所述干燥的方法包括：
高温烘干或冷冻干燥后烘干；
所述高温烘干的温度为50～200℃。
优选的，所述干燥之后包覆之前还包括：
掺杂；
所述掺杂的物质中含有Al、Mg、Sr、Ba、Ti、Zr、Na、K、Y、Nb、F和Se中的一种或几种；
所述包覆的物质中含有B、P、Si、Al、Mg、Sr、Ba、La、Co、Ti和Zn中的一种或几种。
本发明提供了一种电池，包括：上述技术方案所述的高倍率单晶高镍正极材料，或上述技术方案所述的方法制备得到的高倍率单晶高镍正极材料。
本发明通过特定的技术手段处理高镍多晶正极材料以制备低团聚程度、颗粒分散均匀的亚微米级单晶高镍正极材料，同时其单晶颗粒表面光滑，无明显颗粒破碎情况，颗粒的机械完整性高、分散性好，表现出优异的大倍率充放电性能和高安全性；本发明通过强水洗结合特定的溶液，实现从多晶颗粒到单晶颗粒的分散转化。
本发明提供的正极材料的制备方法对于前驱体的形貌和粒度要求较低，通过强水洗工艺和水洗溶液间的搭配，能够适用于由一次颗粒有序/无序/径向堆积形成的前驱体二次颗粒、烧结后的多种不同形貌和粒径分布的高镍多晶正极材料，具有很强的普适性，且可以根据需求水洗不同形貌和粒径分布的高镍正极材料获得特定形貌的单晶颗粒，如棒状、圆片状、楔形状。本发明提供的方法制备的单晶颗粒，其形貌和结构源于原始的一次颗粒，并在该一次颗粒形貌的基础上进行表面修饰，晶界修补，提高其结构稳定性和循环性能，并凭借其单晶颗粒更小的粒径和更大的比表面积，表现出更高的倍率性能，并能结合团聚体正极材料进行大小掺混，以提高其体积利用率，进而表现出更高的能量密度；通过本发明优化的水洗工艺和参数制备的单晶颗粒粒径分布较小，可制备亚微米级(100～1000nm)高镍单晶颗粒，单晶正极材料粒度较小，表面光滑，形状规则，分散均匀，表现出更优异的力学性能和更高的机械结构完整性。
附图说明
图1为本发明实施例5中样品S50和S51的SEM电镜形貌图和对应的粒径分布图，其中，(a)为实施例5中S50的SEM电镜图；(b)为实施例5中S51的SEM电镜图；(c)为实施例5中S50的粒径分布图；(d)为实施例5中S51的粒径分布图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种高倍率单晶高镍正极材料，包括：
一次颗粒基体；
包覆在所述一次颗粒基体表面的包覆物。
在本发明中，所述一次颗粒基体的化学式为：
Li[NixCoyMn(1-x-y)](1-z)M’zO2 式I；
式I中，0.6≤x≤1，0≤y≤0.2，x+y≤1，0≤z≤0.1；
M’选自Al、Mg、Ti、Zr、Na、K、Y、Nb、F和Se中的一种或几种。
在本发明中，所述包覆物的化学式为：
LimM”On 式II；
式II中，1≤m≤4，2≤n≤4；
M”选自B、P、Si、Al、Mg、Sr、Ba、La、Co、Ti和Zn中的一种或几种。
在本发明中，所述高倍率单晶高镍正极材料中的颗粒粒径分布较窄，优选粒径参数为：(D90-D10)/D50≤1。
在本发明中，所述高倍率单晶高镍正极材料中的颗粒的平均粒径优选为亚微米级，更优选为100～1000nm；最优选为300～600nm。
本发明提供的方法制备的高倍率单晶高镍正极材料化学计量比灵活，分散性好，倍率性能优异；其形貌可选择性高，可制备棒状、圆饼状、楔形单晶高镍正极材料。
本发明提供了一种上述技术方案所述的高倍率单晶高镍正极材料的制备方法，包括：
将多晶高镍正极材料进行强水洗、干燥、包覆和烧结，得到高倍率单晶高镍正极材料。
在本发明中，所述多晶高镍正极材料的化学式可以为LiNixCoyMn(1-x-y)O2其中，0.6≤x≤1，0≤y≤0.2，x+y≤1。
在本发明中，所述多晶高镍正极材料的制备方法优选包括：
通过共沉淀法制备前驱体材料；
将所述前驱体材料、Li源和掺杂辅料混合后烧结，得到多晶高镍正极材料。
在本发明中，所述共沉淀法过程中通过三元自控反应釜，实现多种金属元素的共沉淀过程，金属盐溶液、氢氧化钠溶液和氨水溶液同时通过蠕动泵泵入反应釜中，反应釜内预先泵入底液，反应釜内应为氮气保护气氛，经过一段时间的共沉淀反应过程和陈化过程(可采用连续工艺和间歇式合成工艺)，获得目标前驱体颗粒。
在本发明中，所述共沉淀法过程中所用的溶液优选为Ni、Co、Mn的硫酸盐溶液中的两种或三种，溶液的浓度优选为金属元素总浓度为1～2.5mol/L，更优选为1.5～2.5mol/L；底液优选为低浓度氨水溶液或水；所述氨水溶液中氨水和水的体积优选为1:(25～100)，更优选为1：(30～70)；所述水优选为去离子水；所用沉淀剂优选为NaOH溶液，所述沉淀剂中Na+的浓度优选为2～5mol/L，更优选为3～4.5mol/L；转速优选为100～1200rpm，更优选为600～1000rpn；温度优选为40～60℃；pH值优选为7～13，更优选为8～12；气氛优选为惰性气体保护气氛；氨水溶液浓度优选为0.25～5mol/L；固含量优选为80～800g/L。
在本发明中，所述前驱体材料的成分优选为NixCoyMn(1-x-y)(OH)2，其中，0.6≤x≤1，0≤y≤0.2，x+y≤1；所述前驱体材料的粒度D50优选为3～10μm。
在本发明中，优选将所述前驱体材料洗涤并烘干。
在本发明中，所述Li源优选选自氢氧化锂、碳酸锂和硝酸锂中的一种或几种；在本发明中，所述掺杂辅料优选选自金属盐、金属氧化物和金属有机物中的一种或几种；所述掺杂辅料中的金属元素优选选自Al、Mg、Ti、Zr、Na、K、Nb、F和Se中的一种或几种。
在本发明中，所述前驱体材料、Li源和掺杂辅料的用量比例优选为Li和Me的摩尔比优选为(0.95～1.25)：1；Me为Ni、Co、Mn和M(掺杂元素)总的摩尔数。
在本发明中，所述混合优选为机械混合，所述机械混合优选采用豆浆机、高混机、三维混料机和颗粒融合机，将称好的各种物料按照先后顺序导入仪器釜内，其中Li源和掺杂元素物料可提前机械磨碎，以免在混料过程中由于较强的应力而破坏前驱体的表面形貌，然后进行机械混合，待均匀后取出物料进行烧结。
在本发明中，将所述前驱体材料、Li源和掺杂辅料混合后烧结记为一次烧结，所述一次烧结优选在空气或氧气气氛下烧结，更优选为氧气气氛烧结。在本发明中，所述一次烧结的温度优选为600～900℃；所述一次烧结的时间优选为8～30小时。
在本发明中，所述多晶高镍正极材料的化学式还可以为LiNixCoyMn(1-x-y)O2其中，0.6≤x≤1，0≤y≤0.4，x+y≤1；可由市场购买获得。
在本发明中，所述水洗前优选根据实际需求决定是否需要利用粉末压实机将多晶高镍正极材料进行压实。
在本发明中，所述强水洗为高速强水洗，通过强搅拌作用和长接触时间将二次颗粒团聚体分散成单分散的一次颗粒，即目标物单晶颗粒。
在本发明中，所述强水洗过程中优选通过搅拌桨或其它搅拌装置进行搅拌；所述强水洗过程中的搅拌速度优选为500～1500rpm，更优选为500～1200rpm；所述强水洗的时间优选为5～60min。
在本发明中，搅拌速度不宜过高或过低，过高会导致颗粒破碎，而过低会使得多晶颗粒溶解分散不均匀，使得颗粒中仍然存在由一次颗粒集聚成的团聚体。
在本发明中，所述强水洗的过程中优选将多晶高镍正极材料分散到水洗溶液中形成浆液，并通过搅拌装置进行搅拌，使得水洗溶液与多晶高镍正极材料充分接触，去除表面残锂成分(Li2CO3和LiOH)，并使二次颗粒分散成一次颗粒，实现均匀分散。
常规水洗工艺较温和，水洗的目的为在保护二次颗粒团聚体完整形貌的同时去除表面残碱，进而提高其结构稳定性，搅拌速度一般设置范围为50～400rpm，搅拌时间也较短为1～5min，整体来说试验条件温和。本发明立足于不同的出发点，制备形貌均匀、尺度超小的亚微米级单晶正极材料。
在本发明中，所述强水洗过程中的水洗溶液优选选自水、氢氧化钠溶液、氨水溶液、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、碳酸锂溶液、氢氧化锂溶液、四硼酸钠溶液、磷酸二氢钠溶液、硼酸溶液和前驱体清洗液中的一种或几种；所述水优选为去离子水；所述氢氧化钠溶液优选为低浓度氢氧化钠溶液。
在本发明中，所述水洗溶液的质量优选为多晶高镍正极材料质量的0.5～10倍，更优选为1～5倍。
本发明利用水洗溶液对多晶高镍正极材料进行浸泡，水洗处理，通强水洗溶液的特定修饰作用，修饰水洗后单晶颗粒的表面，以提高其表面结构稳定性和分散程度。本发明中水洗溶液的选择包括中性溶液、酸性溶液和碱性溶液，水溶液作为常规溶液，具有明显的成本优势；碱性溶液可以充分回收制备过程中的废液，并再利用；而酸性溶液可以借助酸碱中和，帮助打开晶界间的强作用力，并且有可能会对一次颗粒的表面进行修饰重建，提高单晶颗粒的结构稳定性。
在本发明中，所述强水洗过程中的温度优选为10～60℃，可根据不同的水洗溶液进行调整。
在本发明中，将强水洗后的物料干燥，所述干燥的方法优选包括：
高温烘干或冷冻干燥后烘干。
在本发明中，所述高温烘干的温度优选为50～200℃，更优选为60～150℃；所述冷冻干燥后烘干的温度优选为10～30℃，更优选为20～25℃。
在本发明中，所述强水洗指的是高强度水洗；通过强水洗将由一次颗粒积聚形成的高镍正极材料二次颗粒重新分散成一次颗粒，从而获得超小粒径(亚微米级级(100～1000nm)高镍单晶颗粒)和超大比表面积的单晶正极材料；水洗(强水洗)过程并没有增加正极材料的整体制备工序，而只是在通用水洗工艺(借助水洗反应釜和搅拌装置)中调整工艺参数，特别是水洗时间、水洗溶液、固液比、搅拌强度以及固液分离后的热处理温度，在最佳的工艺参数条件下，经过进料、浸泡、水洗、搅拌、分离以及烘干等工序，得到尺寸分布均匀、分散良好的超小纳米级高镍一次颗粒，其表面光滑，无晶界破碎，机械完整性高；并且结合掺杂包覆等方法进一步优化其体相和表面结构，提高晶体结构和表面结构的稳定性，以获得更优异的性能。
在本发明中，所述烘干之后包覆之前优选还包括：
掺杂。
在本发明中，所述掺杂的物质中优选含有Al、Mg、Sr、Ba、Ti、Zr、Na、K、Y、Nb、F和Se中的一种或几种。
在本发明中，掺杂工序优选分为两次，制备多晶高镍正极材料过程中的掺杂为通过原位掺杂，提高高镍团聚体正极材料的性能，得到一种性能优异的前体材料；水洗、烘干后的掺杂是为了提升水洗工艺后得到的单晶正极材料的结构稳定性和循环稳定性，对其进行表面和内部结构优化。
在本发明中，所述包覆的物质中优选含有B、P、Si、Al、Mg、Sr、Ba、La、Co、Ti和Zn中的一种或几种。
在本发明中，所述掺杂或包覆的方法优选包括：干法工艺和湿法工艺。
在本发明中，所述干法工艺优选采用机械混料设备将按照设计比例称好的各种物料按照先后顺序导入仪器釜内，进行均匀混合，之后将物料取出，并放入管式炉中烧结。
在本发明中，所述湿法工艺优选通过将物料和含掺杂元素前体溶液或含包覆物前体溶液(有机溶液或无机溶液)在反应釜内通过机械搅拌，将前体溶液均匀地涂覆在正极材料(物料)的表面，然后通过过滤烘干或旋蒸烘干等方式，收集物料。
在本发明中，将包覆后的烧结记为二次烧结，所述二次烧结过程中温度优选为300～1000℃；所述二次烧结过程中的保温时间优选为3～12小时。
本发明提供了一种电池，包括：上述技术方案所述的高倍率单晶高镍正极材料，或上述技术方案所述的方法制备得到的高倍率单晶高镍正极材料。
在本发明中，所述电池优选为纽扣电池、柱状电池或聚合物软包电池。
本发明在水洗过程中进行多晶颗粒分散，从而制备单晶颗粒，能够适用于单晶正极材料的大批量生产，方便进行技术改造，同时显著地降低了单晶正极材料的生产成本，本发明制备的高镍单晶正极材料，具有突出的大倍率充放电性能，能够适用于无人机、航模、3C数码产品以及电动设备等领域，具有超强的市场竞争力。
本发明解决了高镍三元正极材料自身大倍率性能差，循环稳定性差的问题，实现超高倍率稳定充放电循环；解决了当前高温烧结法和助剂法制备的单晶正极材料颗粒尺寸分布不均匀且粒径较大(微米级)、机械完整性较差的难题，通过强水洗工艺制备一种粒度分布均匀，颗粒表面光滑，无晶界破碎、机械完整性超高的亚微米级(100～1000nm)单晶颗粒。
实施例1
制备LiNi0.791Co0.999Mn0.100Al0.010O2-Li3BO3正极材料：
通过共沉淀法制备了前驱体材料Ni0.801Co0.999Mn0.100(OH)2，在前驱体的制备过程中，通过三元自控反应釜，实现多种金属元素的共沉淀过程，金属盐溶液、氢氧化钠溶液和氨水溶液同时通过蠕动泵泵入反应釜中，反应釜内预先泵入底液，反应釜内应为氮气保护气氛，采用连续进料工艺，经过一段时间的共沉淀反应过程和陈化过程，获得目标前驱体颗粒，其平均粒径为11.2μm，并进行洗涤烘干；所述前驱体材料合成过程中所用的溶液为Ni、Co、Mn的硫酸盐溶液，溶液浓度为金属元素总浓度2mol/L；所用沉淀剂溶液为NaOH溶液，沉淀剂中Na+的浓度为4mol/L；参数设置为：转速800rpm；温度55℃；pH值11.0；氨浓度0.25mol/L；固含量为120g/L；
将所述前驱体材料与氢氧化锂LiOH及LiAlO2按设计的化学计量比进行机械混合并在氧气气氛下烧结，将称好的各种物料按照先后顺序加入混料机中，其中氢氧化锂LiOH及LiAlO2提前机械磨碎，以免在混料过程中由于较强的应力而破坏前驱体的表面形貌，之后进行机械混合，待均匀后取出物料进行烧结；Li配比设置为Li：Me(Ni、Co、Mn和Al总和)的摩尔比＝1.05:1；烧结气氛氧气；烧结温度设置为5℃/min的升温速率升至500℃，保温6h；之后再以2℃/min的升温速率升至750℃，保温12h；得到多晶高镍正极材料LiNi0.791Co0.099Mn0.100Al0.010O2，作为前体材料；
将上述制备得到的前体材料进行水洗、烘干、包覆、二次烧结；水洗溶液为去离子水，利用水洗溶液对多晶高镍正极材料进行浸泡，水洗处理；水洗过程中利用搅拌桨进行搅拌，搅拌速度为800rpm；水洗时间为25min，水洗温度为25℃；水洗后将物料烘干；水洗溶液质量为2倍多晶高镍正极材料粉体样本质量；高温烘干温度为110℃，过筛后得到单晶高镍正极材料；
干法包覆B2O3，包覆量为1500ppm；二次烧结的方法为以5℃/min的升温速率升至300℃，保温8h，得到高倍率高镍单晶正极材料。
对本发明实施例1制备得到的高倍率单晶高镍正极材料进行SEM电镜测试，借助NanoMeasure软件确认粒径分布，检测结果为，平均粒径为492.2nm，主体粒径分布在350～900nm，(D90-D10)/D50＝0.89；其化学表达式为LiNi0.791Co0.088Mn0.100Al0.010O2-Li3BO3。
实施例2
制备LiNi0.785Co0.103Mn0.102Ti0.01O2-LiAlO2正极材料：
通过共沉淀法制备了前驱体材料Ni0.795Co0.103Mn0.102(OH)2，在前驱体的制备过程中，通过三元自控反应釜，实现多种金属元素的共沉淀过程，金属盐溶液、氢氧化钠溶液和氨水溶液同时通过蠕动泵泵入反应釜中，反应釜内预先泵入底液，反应釜内应为氮气保护气氛，采用连续进料工艺，经过一段时间的共沉淀反应过程和陈化过程，获得目标前驱体颗粒，其平均粒径为9.5μm，并进行洗涤烘干；所述前驱体材料合成过程中所用溶液为Ni、Co、Mn的硫酸盐溶液，溶液浓度为金属量总浓度2mol/L；所用沉淀剂为NaOH溶液，沉淀剂中Na+的浓度为4mol/L；参数设置为：转速800rpm；温度50℃；pH值11.0；氨浓度0.5mol/L；固含量为100g/L；
将前驱体材料与氢氧化锂LiOH及TiO2按设计的化学计量比进行机械混合并在氧气气氛下烧结，Li配比设置为Li：Me(Ni、Co、Mn和Ti总和)的摩尔比＝1.05:1；烧结温度设置5℃/min的升温速率升至500℃，保温6h；之后再以2℃/min的升温速率升至750℃，保温12h；得到多晶高镍正极材料LiNi0.785Co0.103Mn0.102Ti0.01O2，作为前体材料；
将上述制备的前体材料进行水洗、烘干、包覆、二次烧结；水洗溶液为去离子水，利用水洗溶液对多晶高镍正极材料进行浸泡，水洗处理；水洗过程中利用搅拌桨进行搅拌，搅拌速度为700rpm；水洗时间为50min，水洗温度为10℃；水洗后将物料烘干；水洗溶液质量为2.5倍多晶高镍正极材料粉体样本质量；高温烘干温度为110℃，过筛后得到单晶高镍正极材料；
干法包覆Al2O3，包覆量为1500ppm；二次烧结的方法为以5℃/min的升温速率升至400℃，保温8h，得到高倍率高镍单晶正极材料。
按照实施例1的方法，对本发明实施例2制备的产品进行粒度检测，平均粒径为543.5nm，主体粒径分布在400～950nm，(D90-D10)/D50＝0.91；其化学表达式为LiNi0.785Co0.103Mn0.102Ti0.01O2-LiAlO2。
实施例3
制备LiNi0.796Co0.098Mn0.096Ti0.01O1.99F0.01-LiAlO2正极材料：
通过共沉淀法制备了前驱体材料Ni0.806Co0.098Mn0.096(OH)2，在前驱体的制备过程中，通过三元自控反应釜，实现多种金属元素的共沉淀过程，金属盐溶液、氢氧化钠溶液和氨水溶液同时通过蠕动泵泵入反应釜中，反应釜内预先泵入底液，反应釜内应为氮气保护气氛，采用连续进料工艺，经过一段时间的共沉淀反应过程和陈化过程，获得目标前驱体颗粒，其平均粒径为10μm，并进行洗涤烘干；所述前驱体材料合成过程中所用的溶液为Ni、Co、Mn的硫酸盐溶液，溶液浓度为金属元素总浓度2mol/L；所用沉淀剂为NaOH溶液，沉淀剂中Na+的浓度为4mol/L；参数设置为：转速800rpm；温度55℃；pH值11.0；氨浓度0.5mol/L；固含量为120g/L；
将上述前驱体材料与氢氧化锂LiOH及TiO2按设计的化学计量比进行机械混合并在氧气气氛下烧结；Li配比设置为Li：Me(Ni、Co、Mn和Ti总和)的摩尔比＝1.03:1；烧结气氛氧气；烧结温度设置5℃/min的升温速率升至500℃，保温6h；之后再以2℃/min的升温速率升至750℃，保温12h；得到多晶高镍正极材料LiNi0.796Co0.098Mn0.096Ti0.01O2，作为前体材料；
将上述制备的前体材料进行水洗、烘干、掺杂、包覆、二次烧结；水洗溶液为去离子水，利用水洗溶液对多晶高镍正极材料进行浸泡，水洗处理；水洗过程中利用搅拌桨进行搅拌，搅拌速度为700rpm；水洗时间为20min，水洗温度为10℃；水洗后将物料烘干；水洗溶液质量为2.5倍多晶高镍正极材料粉体样本质量；高温烘干温度为110℃；过筛后得到单晶高镍正极材料；
干法掺杂NH4F，掺杂量为1000ppm，混料后进行烧结，烧结的方法为以5℃/min的升温速率升至550℃，保温6h。
在上述烧结后的产品上包覆Al2O3；包覆量为1000ppm；二次烧结的方法为以5℃/min的升温速率升至300℃，保温8h，得到高倍率高镍单晶正极材料。
按照实施例1的方法对本发明实施例3制备的产品进行粒度检测，检测结果为，平均粒径为506.2nm，主体粒径分布在350～900nm，(D90-D10)/D50＝0.90；其化学表达式LiNi0.796Co0.098Mn0.096Ti0.01O1.99F0.01-LiAlO2。
实施例4
制备LiNi0.793Co0.102Mn0.095Al0.010O2-Li3PO4正极材料：
通过共沉淀法制备了前驱体材料Ni0.803Co0.102Mn0.095(OH)2，在前驱体的制备过程中，通过三元自控反应釜，实现多种金属元素的共沉淀过程，金属盐溶液、氢氧化钠溶液和氨水溶液同时通过蠕动泵泵入反应釜中，反应釜内预先泵入底液，反应釜内应为氮气保护气氛，采用连续进料工艺，经过一段时间的共沉淀反应过程和陈化过程，获得目标前驱体颗粒，其平均粒径为10.7μm，并进行洗涤烘干；所述前驱体材料合成过程中所用的溶液为Ni、Co、Mn的硫酸盐溶液，溶液浓度为金属元素总浓度2mol/L；所用沉淀剂为NaOH容易，沉淀剂中Na+的浓度为4mol/L；参数设置为：转速800rpm；温度50℃；pH值11.5；氨浓度0.5mol/L；固含量为110g/L；
将上述前驱体材料与氢氧化锂LiOH及Al2O3按设计的化学计量比进行机械混合并在氧气气氛下烧结；Li配比设置为Li：Me(Ni、Co、Mn和Al总和)的摩尔比＝1.05:1；烧结气氛氧气；烧结温度设置5℃/min的升温速率升至500℃，保温6h；之后再以2℃/min的升温速率升至750℃，保温12h；得到多晶高镍正极材料LiNi0.793Co0.102Mn0.095Al0.010O2，作为前体材料；
将上述制备的前体材料进行水洗、烘干、包覆、二次烧结；所述水洗过程中的水洗溶液为去离子水，利用水洗溶液对多晶高镍正极材料进行浸泡，水洗处理；水洗过程中利用搅拌桨进行搅拌，搅拌速度为500rpm；水洗过程需要先将多晶高镍正极材料分散到水洗溶液中形成浆液，并通过搅拌装置进行搅拌，使得水洗溶液与正极材料充分接触，去除表面残锂成分(Li2CO3和LiOH)，并使其二次颗粒分散成一次颗粒，实现均匀分散，水洗时间为30min；水洗温度为50℃；水洗后将物料烘干；水洗容易质量为2倍多晶高镍正极材料粉体样本质量；高温烘干温度为110℃；过筛后得到单晶高镍正极材料；
湿法包覆磷酸锂Li3PO4，包覆量为1000ppm；湿法工艺主要借助高温磁力搅拌装置、磷酸二氢铵溶液；二次烧结方法为以5℃/min的升温速率升至500℃，保温8h。
按照实施例1的方法对本发明实施例4制备的产品进行粒度检测，检测结果为，平均粒径为580.3nm，主体粒径分布在400～1000nm，(D90-D10)/D50＝0.98；其化学表达式为LiNi0.793Co0.102Mn0.095Al0.010O2-Li3PO4。
实施例5
制备LiNi0.893Co0.051Mn0.046Al0.01O2-Li3PO4正极材料：
通过共沉淀法制备了前驱体材料Ni0.903Co0.051Mn0.046(OH)2，在前驱体的制备过程中，通过三元自控反应釜，实现多种金属元素的共沉淀过程，金属盐溶液、氢氧化钠溶液和氨水溶液同时通过蠕动泵泵入反应釜中，反应釜内预先泵入底液，反应釜内应为氮气保护气氛，采用连续进料工艺，经过一段时间的共沉淀反应过程和陈化过程，获得目标前驱体颗粒，其平均粒径为9.7μm，并进行洗涤烘干；所述前驱体材料合成过程中所用溶液为Ni、Co、Mn的硫酸盐溶液，溶液浓度为金属元素总浓度2mol/L；所用沉淀剂为NaOH溶液，沉淀剂中Na+的浓度为4mol/L；参数设置为：转速800rpm；温度55℃；pH值11.0；氨浓度0.5mol/L；固含量为120g/L；
将上述制备的前驱体材料与氢氧化锂LiOH及Al2O3按设计的化学计量比进行机械混合并在氧气气氛下烧结；Li配比设置为Li：Me(Ni、Co、Mn和Al总和)＝1.05:1；烧结气氛氧气；烧结温度设置5℃/min的升温速率升至500℃，保温6h；之后再以2℃/min的升温速率升至780℃，保温12h；制备得到多晶高镍正极材料LiNi0.893Co0.051Mn0.046Al0.01O22，即S50，作为前体材料；
将上述制备的前体材料进行水洗、烘干、包覆、二次烧结；水洗溶液为0.05mol/L的磷酸二氢铵溶液，利用水洗溶液对多晶高镍正极材料进行浸泡，水洗处理；水洗利用搅拌桨进行搅拌，搅拌速度为750rpm；水洗过程需要先将多晶高镍正极材料分散到水洗溶液中形成浆液，并通过搅拌装置进行搅拌，使得水洗溶液与正极材料充分接触，去除表面残锂成分(Li2CO3和LiOH)，并使其二次颗粒分散成一次颗粒，实现均匀分散，水洗时间为30min，水洗温度为25℃；水洗后将物料烘干，烘箱温度为110℃，时间为6h；水洗溶液质量为2倍多晶高镍正极材料粉体样本质量；高温烘干温度为110℃；过筛后得到单晶高镍正极材料；
湿法包覆磷酸锂Li3PO4，包覆量为1000ppm；二次烧结的方法为以5℃/min的升温速率升至500℃，保温8h，得到高倍率高镍单晶正极材料S51。
按照实施例1的方法，对本发明实施例5制备的产品进行粒度检测，平均粒径为459.2nm，主体粒径分布在287～707nm，(D90-D10)/D50＝0.95；其化学表达式为LiNi0.893Co0.051Mn0.046Al0.01O2-Li3PO4。
图1为实施例5中样品S50和S51的SEM电镜形貌图和粒径分布图。
实施例6
制备LiNi0.895Co0.048Mn0.047Nb0.01O2-Li3PO4正极材料：
通过共沉淀法制备了前驱体材料Ni0.905Co0.048Mn0.047(OH)2，在前驱体的制备过程中，通过三元自控反应釜，实现多种金属元素的共沉淀过程，金属盐溶液、氢氧化钠溶液和氨水溶液同时通过蠕动泵泵入反应釜中，反应釜内预先泵入底液，反应釜内应为氮气保护气氛，采用连续进料工艺，经过一段时间的共沉淀反应过程和陈化过程，获得目标前驱体颗粒，其平均粒径为9.8μm，并进行洗涤烘干；所述前驱体材料过程中合成所用的溶液为Ni、Co、Mn的硫酸盐溶液，溶液浓度为金属元素总浓度2mol/L；所用沉淀剂为NaOH溶液，沉淀剂中Na+的浓度为4mol/L；参数设置为：转速800rpm；温度50℃；氨浓度0.5mol/L；pH值11.5；固含量为120g/L；
将上述前驱体材料与氢氧化锂LiOH及Nb2O5按设计的化学计量比进行机械混合并在氧气气氛下烧结；Li配比设置为Li：Me(Ni、Co、Mn和Nb总和)的摩尔比＝1.03:1；烧结气氛氧气；烧结温度设置5℃/min的升温速率升至500℃，保温6h；之后再以2℃/min的升温速率升至750℃，保温12h；得到多晶高镍正极材料LiNi0.895Co0.048Mn0.047Nb0.01O2，作为前体材料；
将上述前体材料进行水洗、烘干、包覆、二次烧结；水洗溶液为去离子水，利用水洗溶液对多晶高镍正极材料进行浸泡，水洗处理；水洗利用搅拌桨进行搅拌，搅拌速度为350rpm；水洗时间为30min，水洗温度为15℃；水洗后将物料烘干，烘箱温度为110℃，时间为6h；水洗溶液质量为2倍多晶高镍正极材料粉体样本质量；过筛后得到单晶高镍正极材料；
湿法包覆磷酸锂Li3PO4，包覆量为1000ppm；二次烧结的方法为以5℃/min的升温速率升至500℃，保温8h，得到高倍率高镍单晶正极材料。
按照实施例1的方法，检测本发明实施例6制备的产品的粒径，检测结果为，平均粒径为1305.2nm，主体粒径分布在400～5325.0nm，(D90-D10)/D50＝1.95；其化学表达式为LiNi0.895Co0.048Mn0.047Nb0.01O2-Li3PO4。
实施例7
制备LiNi0.889Co0.051Mn0.050Mg0.01O1.99F0.01-Li3PO4正极材料：
通过共沉淀法制备了前驱体材料Ni0.899Co0.051Mn0.050(OH)2，在前驱体的制备过程中，通过三元自控反应釜，实现多种金属元素的共沉淀过程，金属盐溶液、氢氧化钠溶液和氨水溶液同时通过蠕动泵泵入反应釜中，反应釜内预先泵入底液，反应釜内应为氮气保护气氛，采用连续进料工艺，经过一段时间的共沉淀反应过程和陈化过程，获得目标前驱体颗粒，其平均粒径为9.3μm，并进行洗涤烘干；所述前驱体材料合成过程中所用的溶液为Ni、Co、Mn的硫酸盐溶液，溶液浓度为金属元素总浓度2mol/L；所用沉淀剂为NaOH溶液，沉淀剂中Na+的浓度为4mol/L；参数设置为：转速800rpm；温度50℃；pH值11.0；氨浓度0.5mol/L；固含量为110g/L；
将上述前驱体材料与氢氧化锂LiOH及MgO按设计的化学计量比进行机械混合并在氧气气氛下烧结；Li配比设置为Li：Me(Ni、Co、Mn和Mg总和)的摩尔比＝1.03:1；烧结温度设置5℃/min的升温速率升至500℃，保温6h；之后再以2℃/min的升温速率升至730℃，保温12h；得到多晶高镍正极材料LiNi0.889Co0.051Mn0.050Mg0.01O2，作为前体材料；
将上述前体材料进行水洗、烘干、掺杂、二次烧结；水洗的水洗溶液为去离子水，利用水洗溶液对多晶高镍正极材料进行浸泡，水洗处理；水洗利用搅拌桨进行搅拌，搅拌速度为700rpm；水洗过程需要先将多晶高镍正极材料分散到水洗溶液中形成浆液，并通过搅拌装置进行搅拌，使得水洗溶液与正极材料充分接触，去除表面残锂成分(Li2CO3和LiOH)，并使其二次颗粒分散成一次颗粒，实现均匀分散，水洗时间为30min，洗水温度为15℃；水洗后将物料烘干，烘箱温度为105℃，时间为6h；水洗溶液质量为2倍多晶高镍正极材料粉体样本质量；过筛后得到单晶高镍正极材料；
干法掺杂氟化铵NH4F，掺杂量为1000ppm；掺杂后烧结，烧结的方法为以5℃/min的升温速率升至500℃，保温6h；
在上述烧结后的产品上湿法包覆磷酸锂Li3PO4，包覆量为1000ppm；二次烧结的方法为以5℃/min的升温速率升至500℃，保温8h，得到高倍率高镍单晶正极材料。
按照实施例1的方法对本发明实施例7制备的产品进行粒度检测，检测结果为，平均粒径为510.6nm，主体粒径分布在370～950nm，(D90-D10)/D50＝0.93；其化学表达式为LiNi0.889Co0.051Mn0.050Mg0.01O1.99F0.01。
实施例8
制备LiNi0.901Co0.058Mn0.041O1.99F0.01-Li2SiO3正极材料：
通过共沉淀法制备了前驱体材料Ni0.901Co0.058Mn0.041(OH)2，在前驱体的制备过程中，通过三元自控反应釜，实现多种金属元素的共沉淀过程，金属盐溶液、氢氧化钠溶液和氨水溶液同时通过蠕动泵泵入反应釜中，反应釜内预先泵入底液，反应釜内应为氮气保护气氛，采用连续进料工艺，经过一段时间的共沉淀反应过程和陈化过程，获得目标前驱体颗粒，其平均粒径为10.3μm，并进行洗涤烘干；所述前驱体材料合成过程中所用的溶液为Ni、Co、Mn的硫酸盐溶液，溶液浓度为金属元素总浓度2mol/L；所用的沉淀剂为NaOH溶液，沉淀剂中Na+的浓度为4mol/L；参数设置为：转速800rpm；温度55℃；pH值11.5；氨浓度0.5mol/L；固含量为110g/L；
将上述前驱体材料与氢氧化锂LiOH按照设计的化学计量比进行机械混合并在氧气气氛下烧结；Li配比设置为Li：Me(Ni、Co、Mn总和)的摩尔比＝1.03:1；烧结气氛氧气；烧结温度设置5℃/min的升温速率升至500℃，保温6h；之后再以2℃/min的升温速率升至700℃，保温12h；得到多晶高镍正极材料LiNi0.901Co0.058Mn0.041O2，作为前体材料；
将上述制备的前体材料进行水洗、烘干、掺杂、包覆、二次烧结；水洗的水洗溶液为0.002mol/L硼酸溶液，利用水洗溶液对多晶高镍正极材料进行浸泡，水洗处理；水洗过程中利用搅拌桨进行搅拌，搅拌速度为400rpm；水洗时间为30min，洗水温度为15℃；水洗后将物料烘干，烘箱温度为105℃，时间为6h；水洗溶液质量为2倍多晶高镍正极材料粉体样本质量；过筛后得到单晶高镍正极材料；
干法掺杂氟化铵NH4F，掺杂量为1000ppm；掺杂护后烧结，烧结的方法为以5℃/min的升温速率升至500℃，保温6h；
在上述烧结后的产品上湿法包覆正硅酸乙酯，包覆量为1000ppm；二次烧结的方法为以5℃/min的升温速率升至400℃，保温6h；得到高倍率高镍单晶正极材料。
按照实施例1的方法对本发明实施例8制备的产品进行粒度检测，检测结果为，平均粒径为1254.2nm，主体粒径分布在350～5600nm，(D90-D10)/D50＝1.87；其化学表达式为LiNi0.901Co0.058Mn0.041O1.99F0.01-Li2SiO3。
对比例1
制备LiNi0.805Co0.096Mn0.099O2正极材料：
通过共沉淀法制备了前驱体材料Ni0.805Co0.096Mn0.099(OH)2，在前驱体的制备过程中，通过三元自控反应釜，实现多种金属元素的共沉淀过程，金属盐溶液、氢氧化钠溶液和氨水溶液同时通过蠕动泵泵入反应釜中，反应釜内预先泵入底液，反应釜内应为氮气保护气氛，采用连续进料工艺，经过一段时间的共沉淀反应过程和陈化过程，获得目标前驱体颗粒，其平均粒径为9.6μm，并进行洗涤烘干；前驱体材料合成过程中所用的溶液为Ni、Co、Mn的硫酸盐溶液，溶液浓度为金属元素总浓度2mol/L；沉淀剂为NaOH溶液，沉淀剂中Na+的浓度为4mol/L；参数设置为：转速800rpm；温度50℃；pH值11.0；氨浓度0.5mol/L；固含量为110g/L；
将上述制备的前驱体材料与氢氧化锂LiOH按设计的化学计量比进行机械混合并在氧气气氛下烧结；Li配比设置为Li：Me(Ni、Co、Mn总和)的摩尔比＝1.03:1；烧结气氛氧气；烧结温度设置5℃/min的升温速率升至500℃，保温6h；之后再以2℃/min的升温速率升至750℃，保温12h；得到多晶高镍正极材料LiNi0.805Co0.096Mn0.099O2，作为前体材料；
将上述制备的前体材料进行水洗、烘干、包覆、二次烧结；水洗过程中的水洗溶液为去离子水，利用水洗溶液对多晶高镍正极材料进行水洗处理；水洗过程中利用搅拌桨进行搅拌，搅拌速度为300rpm；水洗时间为2min，水洗温度为25℃；水洗后将物料烘干；水洗溶液质量为2倍多晶高镍正极材料粉体样本质量；高温烘干温度为110℃；得到水洗后的多晶高镍正极材料；
湿法包覆磷酸锂Li3PO4，包覆量为1000ppm；二次烧结的方法为以5℃/min的升温速率升至500℃，保温8h；得到正极材料。
按照实施例1的方法对本发明对比例1制备的产品进行粒度检测，检测结果为，平均粒径为9.6μm，主体粒径分布在5.7～11.3μm，(D90-D10)/D50＝0.57。
对比例2
制备LiNi0.896Co0.052Mn0.052O2正极材料：
通过共沉淀法制备了前驱体材料Ni0.896Co0.052Mn0.052(OH)2，在前驱体的制备过程中，通过三元自控反应釜，实现多种金属元素的共沉淀过程，金属盐溶液、氢氧化钠溶液和氨水溶液同时通过蠕动泵泵入反应釜中，反应釜内预先泵入底液，反应釜内应为氮气保护气氛，采用连续进料工艺，经过一段时间的共沉淀反应过程和陈化过程，获得目标前驱体颗粒，其平均粒径为10.4μm，并进行洗涤烘干；所述前驱体材料合成过程中所用的溶液为Ni、Co、Mn的硫酸盐溶液，溶液浓度为金属元素总浓度2mol/L；沉淀剂溶液为NaOH溶液，沉淀剂中Na+的浓度为4mol/L；参数设置为：转速800rpm；温度50℃；pH值11.5；气氛为惰性气体保护气氛；氨浓度0.5mol/L；固含量为110g/L；
将上述制备的前驱体材料与氢氧化锂LiOH按设计的化学计量比进行机械混合并在氧气气氛下烧结；Li配比设置为Li：Me(Ni、Co、Mn总和)的摩尔比＝1.03:1；烧结气氛氧气；烧结温度设置5℃/min的升温速率升至500℃，保温6h；之后再以2℃/min的升温速率升至700℃，保温12h；得到多晶高镍正极材料LiNi0.896Co0.052Mn0.052O2，作为前体材料；
将上述制备的前体材料进行水洗、烘干、包覆、二次烧结；水洗过程中的水洗溶液为去离子水，利用水洗溶液对多晶高镍正极材料进行水洗处理；水洗过程中利用搅拌桨进行搅拌，搅拌速度为300rpm；其中水洗时间为2min，水洗温度为15℃；水洗后将物料烘干；水洗溶液质量为2倍多晶高镍正极材料粉体样本质量；高温烘干温度为110℃；
湿法包覆磷酸锂Li3PO4，包覆量为1000ppm；二次烧结方法为以5℃/min的升温速率升至500℃，保温8h；得到正极材料；
按照实施例1的方法对本发明对比例2制备的产品进行粒度检测，检测结果为，平均粒径为10.7μm，主体粒径分布在6.1～11.5μm，(D90-D10)/D50＝0.43。
对比例3
制备LiNi0.782Co0.101Mn0.097Sr0.01Ba0.01O2正极材料：
通过共沉淀法制备了前驱体材料Ni0.802Co0.101Mn0.101(OH)2，在前驱体的制备过程中，通过三元自控反应釜，实现多种金属元素的共沉淀过程，金属盐溶液、氢氧化钠溶液和氨水溶液同时通过蠕动泵泵入反应釜中，反应釜内预先泵入底液，反应釜内应为氮气保护气氛，采用连续进料工艺，经过一段时间的共沉淀反应过程和陈化过程，获得目标前驱体颗粒，其平均粒径为9.6μm，并进行洗涤烘干；所述前驱体材料合成过程中所用的溶液为Ni、Co、Mn的硫酸盐溶液，溶液浓度为金属元素总浓度2mol/L；所用沉淀剂为NaOH溶液，沉淀剂中Na+的浓度为4mol/L；参数设置为：转速800rpm；温度50℃；pH值11.0；氨浓度0.5mol/L；固含量为110g/L；
将上述制备的前驱体材料与氢氧化锂LiOH按设计的化学计量比进行机械混合并在氧气气氛下烧结；Li配比设置为Li：Me(Ni、Co、Mn总和)的摩尔比＝1.05:1；烧结气氛氧气；烧结温度设置5℃/min的升温速率升至500℃，保温6h；之后再以2℃/min的升温速率升至750℃，保温12h；得到多晶高镍正极材料LiNi0.802Co0.101Mn0.097O2，作为前体材料；
将上述制备的前体材料进行水洗、烘干、破碎、二次烧结；水洗的水洗溶液为去离子水，利用水洗溶液对多晶高镍正极材料进行水洗处理；水洗过程中利用搅拌桨进行搅拌，搅拌速度为300rpm；水洗时间为2min，水洗温度为25℃；水洗后将物料烘干；水洗溶液质量为2倍多晶高镍正极材料粉体样本质量；高温烘干温度为110℃；
在二次烧结前加入1000ppm碳酸锶和碳酸钡，二次烧结的方法为以5℃/min的升温速率升至900℃，保温12h；得到LiNi0.782Co0.101Mn0.097Sr0.01Ba0.01O2正极材料。
之后进行正极材料的破碎工序，破碎过程借助气流磨和机械破碎将多晶高镍正极材料LiNi0.782Co0.101Mn0.097Sr0.01Ba0.01O2破碎；之后收集物料为单晶正极材料。
按照实施例1的方法对本发明对比例3制备的产品进行粒度检测，检测结果为，平均粒径为4.5μm，主体粒径分布在1.4～6.3μm，(D90-D10)/D50＝1.62。
对比例4
制备LiNi0.892Co0.0501Mn0.497Ba0.01O2正极材料：
通过共沉淀法制备了前驱体材料Ni0.902Co0.0501Mn0.497(OH)2，在前驱体的制备过程中，通过三元自控反应釜，实现多种金属元素的共沉淀过程，金属盐溶液、氢氧化钠溶液和氨水溶液同时通过蠕动泵泵入反应釜中，反应釜内预先泵入底液，反应釜内应为氮气保护气氛，采用连续进料工艺，经过一段时间的共沉淀反应过程和陈化过程，获得目标前驱体颗粒，其平均粒径为10.5μm，并进行洗涤烘干；所述前驱体合成过程中所用的溶液为Ni、Co、Mn的硫酸盐溶液，溶液浓度为金属元素总浓度2mol/L；沉淀剂为NaOH溶液，沉淀剂中Na+的浓度为4mol/L；参数设置为：转速800rpm；温度50℃；pH值11.5；氨浓度0.5mol/L；固含量为110g/L；
将上述制备的前驱体材料与氢氧化锂LiOH按设计的化学计量比进行机械混合并在氧气气氛下烧结；Li配比设置为Li：Me(Ni、Co、Mn总和)的摩尔比＝1.05:1；烧结气氛氧气；烧结温度设置5℃/min的升温速率升至500℃，保温6h；之后再以2℃/min的升温速率升至700℃，保温12h；得到多晶高镍正极材料LiNi0.902Co0.0501Mn0.497O2，作为前体材料；
将上述制备的前体材料进行水洗、烘干、破碎、二次烧结；水洗过程中的水洗溶液为去离子水，利用水洗溶液对多晶高镍正极材料进行水洗处理；水洗过程中利用搅拌桨进行搅拌，搅拌速度为300rpm；水洗时间为2min，水洗温度为15℃；水洗后将物料烘干；水洗溶液质量为2倍多晶高镍正极材料粉体样本质量；高温烘干温度为110℃；
在二次烧结前加入1000ppm助熔剂碳酸锶，二次烧结的方法为以5℃/min的升温速率升至800℃，保温12h；得到正极材料LiNi0.892Co0.0501Mn0.497Ba0.01O2；
之后进行正极材料的破碎工序，破碎过程中借助气流磨和机械破碎将多晶高镍正极材料LiNi0.892Co0.0501Mn0.497Ba0.01O2进行破碎；之后收集物料为单晶正极材料。
按照实施例1的方法对本发明对比例4制备的产品进行粒度检测，检测结果为，平均粒径为4.7μm，主体粒径分布在1.9～7.5μm，(D90-D10)/D50＝1.38。
本发明中实施例和对比例制备单晶正极材料的方法不同，实施例制备单晶颗粒是通过强水洗，结合水洗溶液、搅拌转速、水洗时间和固液比等参数进行调控，使多晶正极材料解离，进而获得分散性较好的、结构完整的单晶正极材料颗粒。而对比例中单晶颗粒的制备是通过高温固相烧结，借助助熔剂的辅助作用，再通过机械磨和气流磨，制备单晶颗粒；对比例制备的单晶颗粒相对于强水洗制备的单晶颗粒整体粒径分布较不均匀，并且会产生大量的细碎颗粒，造成材料的损失和产能的大量消耗。
性能检测
对本发明实施例和对比例制备的正极材料进行性能检测，常温和倍率充放电循环测试采用蓝电测试系统进行测试；高镍三元体系充放电电压设定为2.8～4.25V，CC/CV恒流恒压充电，放电倍率阶梯设置为0.1C、0.2C、0.33C、0.5C、1C、2C、3C、5C、10C，测试条件为常温25℃。
检测结果如下：
本发明提供了一种高倍率单颗粒高镍正极材料的制备方法，将成品的多晶高镍正极材料通过强水洗方法分解，得到尺寸分布均匀、分散良好的纳米级高镍一次颗粒，并通过掺杂包覆方法优化其结构，提高各项性能；其中一次颗粒基体的化学式为Li[NixCoyMn(1-x-y)](1-z)M’zO2(0.6≤x≤1，0≤y≤0.2，x+y≤1，0≤z≤0.1)，M’选自Al、Mg、Ti、Zr、Na、K、Y、Nb、F和Se中的至少一种；包覆物的化学式为LimM”On(1≤m≤4，2≤n≤4)M”选自B、P、Si、Al、Mg、Sr、Ba、La、Co、Ti和Zn中的一种或多种。
本发明解决了当前单晶颗粒粒度分布不均匀的问题，并简化了单晶制备过程，降低了多次煅烧所带来的大量能耗；通过强水洗工序完成了单晶高镍正极材料的制备，提出了一种能耗低、操作简单的工艺方案；本发明提供的方法可制备亚微米级(100～1000nm)高镍单晶颗粒，比当前市场上所有的单晶正极材料粒度都要更小，表面光滑，形状规则，分散均匀，表现出更优异的力学性能和更高的机械结构完整性；本发明制备的高镍单晶颗粒表现出优异的倍率性能，能够适用于大倍率充放电应用场所，同时兼顾容量特性；本发明制备的单晶高镍正极材料，其化学计量比可控灵活，可制备任意镍钴锰配比的单晶材料，能够满足特定的需求；本发明制备的单晶高镍正极材料，形貌可选择性高，可根据实际需求，制备不同形貌的(如棒状、圆饼状等)单晶正极材料。
Claims (11)
1.一种高倍率单晶高镍正极材料，包括：
一次颗粒基体；
包覆在所述一次颗粒基体表面的包覆物；
所述一次颗粒基体的化学式为：
Li[NixCoyMn(1-x-y)](1-z)M’zO2 式I；
式I中，0.6≤x≤1，0≤y≤0.2，x+y≤1，0≤z≤0.1；
M’选自Al、Mg、Ti、Zr、Na、K、Y、Nb、F和Se中的一种或几种；
所述包覆物的化学式为：
LimM”On 式II；
式II中，1≤m≤4，2≤n≤4；
M”选自B、P、Si、Al、Mg、Sr、Ba、La、Co、Ti和Zn中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的高倍率单晶高镍正极材料，其特征在于，所述高倍率单晶高镍正极材料的粒度分布较窄：
(D90-D10)/D50≤1。
3.根据权利要求1所述的高倍率单晶高镍正极材料，其特征在于，所述高倍率单晶高镍正极材料中的颗粒粒径为亚微米级，颗粒的平均粒径为100～1000nm。
4.一种高倍率单晶高镍正极材料的制备方法，包括：
将多晶高镍正极材料进行强水洗、干燥、包覆和烧结，得到高倍率单晶高镍正极材料；
所述强水洗过程中的水洗溶液选自去离子水、氢氧化钠溶液、氨水溶液、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、碳酸锂溶液、氢氧化锂溶液、四硼酸钠溶液、磷酸二氢钠溶液、硼酸溶液和前驱体清洗液中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述强水洗过程中的搅拌速度为500～1500rpm。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述强水洗的时间为5～60min。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述水洗溶液的质量为多晶高镍正极材料质量的0.5～10倍。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述强水洗过程中的温度为10～60℃。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述干燥的方法包括：
高温烘干或冷冻干燥后烘干；
所述高温烘干的温度为50～200℃。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述干燥之后包覆之前还包括：
掺杂；
所述掺杂的物质中含有Al、Mg、Sr、Ba、Ti、Zr、Na、K、Y、Nb、F和Se中的一种或几种；
所述包覆的物质中含有B、P、Si、Al、Mg、Sr、Ba、La、Co、Ti和Zn中的一种或几种。
11.一种电池，包括：权利要求1～3中任意一项所述的高倍率单晶高镍正极材料，或权利要求4～10中任意一项所述的方法制备得到的高倍率单晶高镍正极材料。
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| CN202210530914.3A CN114843502B (zh) | 2022-05-16 | 2022-05-16 | 一种高倍率单晶高镍正极材料及其制备方法和应用 |
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