(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111627186.X (22)申请日 2021.12.28 (71)申请人 中伟新材 料股份有限公司 地址 554300 贵州省铜仁市大 龙经济开发 区2号干道与1号干道交汇处 (72)发明人 阎晓静　李魁　訚硕　郑佳玲　 李兵　吴娟　曾伟雄　张平　 (74)专利代理 机构 北京超凡宏宇专利代理事务 所(特殊普通 合伙) 11463 代理人 宋南 (51)Int.Cl. H01M 4/505(2010.01) H01M 4/525(2010.01) H01M 10/0525(2010.01) C30B 29/22(2006.01)C30B 1/10(2006.01) (54)发明名称 一种单晶三元正极材料及其制备方法、 锂离 子电池 (57)摘要 本发明提供了一种单晶三元正极材料及其 制备方法、 锂离子电池。 具体而言， 所述单晶三元 正极材料主要由三元正极材料的前驱体、 锂源和 添加剂烧结得到； 所述前驱体的结晶度为60％～ 70％， 所述单晶三元正 极材料的结晶度为80％～ 90％； 所述添加剂包括S r、 Ca、 Mg、 Al、 Zr、 Y、 Nb、 W、 B的氧化物、 氢氧化物和盐中的一种或者几种的 组合。 本发 明弥补了现有技术中单晶材料相较于 多晶材料在制备成本和材料性能上的不足， 所制 得的单晶三元正极材料具有比容量高、 倍率性能 好、 循环性能强等优点， 同时单晶颗粒尺寸均一， 既能减少锂镍混排， 又能增强层状结构的稳定 性， 有利于电池容 量的发挥。 权利要求书1页 说明书12页 附图5页 CN 114335508 A 2022.04.12 CN 114335508 A 1.一种单晶三元正极材料， 其特征在于， 所述单晶三元正极材料主要由三元正极材料 的前驱体、 锂 源和添加剂烧结 得到； 其中， 所述单晶三元正极材料为LiNixCoyMnzO2， x+y+z＝1， 0＜x＜1， 0＜y＜1， 0＜z＜1； 优选地， 0.5 ≤x＜0.9， 0.1＜y＜0.4， 0.1＜z＜0.4； 所述前驱体的结晶度为6 0％～70％， 所述单晶三元正极材 料的结晶度为80％～ 90％； 所述添加剂包括Sr、 Ca、 Mg、 Al、 Zr、 Y、 Nb、 W、 B的化 合物中的一种或者几种的组合。 2.根据权利要求1所述的单晶三元正极材 料， 所述前驱体的Span 为1～1.5； 优选地， 所述前驱体的D50值为3.0 μm～4.5 μm。 3.根据权利要求1所述的单晶三元正极材料， 所述单晶三元正极材料的Span为0.7～ 1.4； 优选地， 所述单晶三元正极材 料的D50为3.0 μm～4.5 μm； 优选地， 所述单晶三元正极材 料的BET为0.3m2/g～0.6m2/g。 4.根据权利要求1所述的单晶三元正极材料， 所述单晶三元正极材料与所述前驱体的 Span的比值 为0.7～0.9。 5.根据权利要求1所述的单晶三元正极材料， 所述添加剂为所述前驱体的质量的 0.05％～0.6％。 6.一种单晶三元正极材 料的制备 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 将结晶度为60％～70％的单晶三元正极材料的前驱体与锂源和添加剂混合后在含氧 气氛下进行烧结， 得到结晶度为80％～ 90％的单晶三元正极材 料； 其中， 所述单晶三元正极材料为LiNixCoyMnzO2， x+y+z＝1， 0＜x＜1， 0＜y＜1， 0＜z＜1； 优选地， 0.5 ≤x＜0.9， 0.1＜y＜0.4， 0.1＜z＜0.4； 所述添加剂包括Sr、 Ca、 Mg、 Al、 Zr、 Y、 Nb、 W、 B的化 合物中的一种或者几种的组合。 7.根据权利要求6所述的单晶三元正极材料的制备方法， 其特征在于， 所述添加剂为所 述前驱体的质量的0.0 5％～0.6％。 8.根据权利要求6所述的单晶三元正极材 料的制备 方法， 其特 征在于， 所述烧结包括： 以2℃/min～10℃/min的升温速率升温到400℃～650℃进行第一次烧结， 然后以2℃/ min～10℃/mi n的升温速率升温至70 0℃～1000℃进行第二次烧结。 9.根据权利要求8所述的单晶三元正极材料的制备方法， 其特征在于， 所述第 一次烧结 的时间为2h～6 h； 和/或； 所述第二次烧结的时间为10 h～15h。 10.一种锂离子电池， 包括如权利要求1～5任一项所述的单晶三元正极材料， 或者如权 利要求6～ 9任一项所述的单晶三元正极材 料的制备 方法所制备的单晶三元正极材 料。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114335508 A 2一种单晶 三元正极材料及其制备方 法、 锂离子电池 技术领域 [0001]本发明涉及三元材料领域， 具体而言， 涉及一种单晶三元正极材料及其制备方法、 锂离子电池。 背景技术 [0002]随着新能源行业的持续发展， 锂离子电池得到了越来越广泛而深入的研究。 正极 材料的优劣是决定锂离子电池性能的关键所在， 镍钴锰三元正极材料 因具有较高的理论能 量密度和较长的循环寿命而成为理想的电动汽车电池材 料。 [0003]相比于多晶结构的三元正极材料， 单晶结构 三元正极材料具有以下优势： 第一， 比 表低， 结构稳定性高， 循环稳定性好； 对于多晶结构来说， 随着 循环次数的增加， 由于二次球 中的一次颗粒有着不同的晶面取向和滑移面， 晶粒间晶格膨胀和收缩存在各向异性， 导致 其在循环后期可能会出现二次颗粒 的破碎， 并在一次颗粒间产生微裂纹。 这使得材料与电 解液接触面积增大， 进而会加剧材料与电解液的副反应， 造成循环 性能的下降。 而 单晶结构 在低比表面积和优异的结构稳定性共同作用下， 长循环后仍能保持原有形貌结构， 循环稳 定性佳。 良好的循环稳定性对电池的安全至 关重要。 第二， 工作电压高， 热稳定性良好。 单晶 材料能够在高电压下保持稳定， 能够 有效抵抗氧化性的电解液， 可以缓解产气、 长循环和热 稳定性等问题， 是提高材 料能量密度的一条有效途径。 第三， 压实密度高， 体积能量密度高。 [0004]不过单晶材料相比常规多晶材料仍有许多缺点： 因为单晶材料单个颗粒较大， 使 得Li+扩散更加困难， 因此在相同的电压区间内充放电时， 单晶材料的放电比容量通常较 低， 容量发挥不如多晶材料， 倍率性能较差。 同时， 单晶材料制备过程较多晶材料通常需要 较高的烧结温度， 颗粒均匀性较差， 粉碎加工要求高， 增 加了生产成本 。 [0005]因此， 为了更加满 足动力电池以及消费类电子产品等对锂离子电池正极材料的需 求， 亟需制备 出性能更加优良、 更 具应用价 值的单晶材 料。 [0006]有鉴于此， 特提出本发明。 发明内容 [0007]本发明的第一目的在于提供一种单晶三元正极材料， 由低结晶度的前驱体材料制 备得到， 该材料 由于前驱体材料结 晶度低， 不仅可以降低单 晶三元正极材料所需要的烧结 温度， 避免高温烧结造成的Li损失过大的问题， 所述单晶三元正极材料具有比表面积小、 残 碱低、 稳定性高等优点， 还具有比容 量高、 倍率性能好、 循环性能强等优点。 [0008]本发明的第二目的在于提供一种所述的单晶三元正极材料的制备方法， 所述单晶 三元正极材料的前驱体采用连续式生产工艺， 生产成本大幅降低的同时提高了产能； 同时， 所述前驱体与锂源、 添加剂搭配， 既提高了单晶颗粒尺寸的均一性， 又能够减少锂镍混排， 增强层状结构的稳定性， 有利于容 量的发挥。 [0009]本发明的第三目的在于提供一种锂离子电池， 所述的锂离子电池包含所述单晶三 元正极材料， 该单 晶三元正极材料具有较高的结 晶度， 可以提高电池的首次放电比容量和说　明　书 1/12 页 3 CN 114335508 A 3