(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 202111508316.8 (22)申请日 2021.12.10 (71)申请人 合肥国轩高科动力能源 有限公司 地址 230011 安徽省合肥市新站区岱河路 599号 (72)发明人 雷天起　李道聪　杨茂萍　 (74)专利代理 机构 合肥天明专利事务所(普通 合伙) 34115 代理人 周静 (51)Int.Cl. C30B 29/22(2006.01) C30B 7/14(2006.01) C30B 7/10(2006.01) H01M 4/505(2010.01) H01M 4/525(2010.01)H01M 10/0525(2010.01) (54)发明名称 一种单晶型含锂金属复合氧化物材料及其 制备方法和应用 (57)摘要 本发明公开了一种单晶型含锂金属复合氧 化物材料及其制备方法和应用， 该单晶型含锂金 属复合氧化物材料的制备方法包括以下步骤： 将 金属盐溶解在水中得到金属盐溶液， 加入沉淀剂 调节pH值后进行结晶反应， 得到第一混合浆料； 向第一混合浆料中加入 氧化剂进行氧化反应， 得 到第二混合浆料； 分离第二混合浆料中的金属复 合羟基氧化物并烘干得到粉体物料； 将粉体物料 与可溶性锂化合物、 水混合后进行离子交换反 应， 得到第三混合浆料； 分离第三混合浆料中的 固体物料， 最后进行焙烧得到目标产物， 即单晶 型含锂金属复合氧化物材料； 该材料作为正极材 料应用在锂电池中， 能够显著提高锂电池的容 量， 并改善电池的循环性能。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 114197046 A 2022.03.18 CN 114197046 A 1.一种单晶型含 锂金属复合氧化物材 料的制备 方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： 结晶工序： 将金属盐溶解在水中得到金属盐溶液， 向金属盐溶液中加入沉淀剂调节其 pH值为8～10.2， 混合均匀 后在非氧化性气氛中进行结晶反应， 得到含有 金属复合氢氧化物 的第一混合 浆料； 所述金属盐包括镍盐和锰盐； 氧化工序： 向第一混合浆料中加入氧化剂进行氧化反应， 得到含有金属复合羟基氧化 物的第二混合 浆料； 离子交换工序： 分离第二混合浆料中的金属复合羟基氧化物并烘干得到粉体物料； 将 粉体物料与可溶性锂化合物、 水混合后在氧化性气氛下进行离子交换反应， 得到第三混合 浆料； 焙烧工序： 分离第三混合浆料中的固体物料， 经洗滤、 烘干后， 进行焙烧得到目标产物， 即单晶型含 锂金属复合氧化物材 料。 2.根据权利要求1所述的一种单晶型含锂金属复合氧化物材料的制备方法， 其特征在 于： 结晶工序中， 所述金属盐还 包括钴盐。 3.根据权利要求2所述的一种单晶型含锂金属复合氧化物材料的制备方法， 其特征在 于： 所述金属盐还包括镁盐、 铝盐、 钛盐、 锆盐、 钨盐、 镧盐、 钼盐、 铌盐、 钒盐、 铬盐中的至少 一种。 4.根据权利要求1所述的一种单晶型含锂金属复合氧化物材料的制备方法， 其特征在 于： 结晶工序中， 所述沉淀剂为氨水、 氢氧化钠溶液、 氢氧化钾溶液中的至少一种； 所述结晶 反应的温度为100～150℃， 时间为0.5～15h； 所述非氧化性气氛中氧气含量小于 0.5vol/％。 5.根据权利要求1所述的一种单晶型含锂金属复合氧化物材料的制备方法， 其特征在 于： 氧化工序中， 所述氧化剂为双氧水、 次氯酸钠、 过硫酸钠、 亚氯酸钠、 高氯酸钠中的至少 一种； 第一混合浆料中金属元素的总 量与氧化剂的物质量之比为1:1.2～1:2.7； 所述氧化 反应的温度为5 0～85℃， 时间为0.2 ～6h。 6.根据权利要求1所述的一种单晶型含锂金属复合氧化物材料的制备方法， 其特征在 于： 离子交换工序中， 所述金属复合羟基氧化物、 可溶性锂化合物、 水的物质量之比为1： (1.5‑6)： (5‑30)； 所述离子交换反应的温度为140～220℃， 时间2～48h； 所述氧化性气氛中 氧气含量大于25vo l％。 7.根据权利要求6所述的一种单晶型含锂金属复合氧化物材料的制备方法， 其特征在 于： 所述可 溶性锂化 合物选自氢 氧化锂、 碳 酸锂、 硫酸锂、 氯化锂、 醋酸锂中的至少一种。 8.根据权利要求1所述的一种单晶型含锂金属复合氧化物材料的制备方法， 其特征在 于： 焙烧工序中， 所述焙烧的温度为20 0～650℃。 9.一种单晶型含锂金属复合氧化物材料， 其特征在于： 其是采用如权利要求1 ‑7中任一 项所述的制备 方法制备 得到。 10.如权利要求9所述的一种单晶型含锂金属复合氧化物材料作为正极材料应用在锂 电池中。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114197046 A 2一种单晶型含锂金属复合氧化物材料及其制备方 法和应用 技术领域 [0001]本发明属于新材料技术领域， 具体涉及一种单晶型含锂金属复合氧化物材料及其 制备方法和应用。 背景技术 [0002]锂离子电池由于其高容量、 长寿命等优点而被广 泛地应用于动力、 消费电子、 储能 等领域。 正极材料作为最主要的组成之一， 对锂离子的性能起到 关键作用， 目前正极材料体 系包括层状结构的锂钴复合氧化物、 锂镍复合氧化物、 锂镍钴 锰复合氧化物、 尖晶石 结构的 锂锰复合氧化物、 锂镍锰复合氧化物， 以及橄榄石 结构的磷酸铁锂材料等， 其中锂镍钴锰复 合氧化物(NC M三元材料NCM)是目前应用最 为广泛的正极材 料之一。 [0003]常规的NCM正极材料通常是由一次颗粒堆积形成的二次球多晶颗粒， 颗粒粒径在 5‑20 μm之间， 其粒度分布、 微观形貌、 振实、 元素分布、 BET等理化性能受三元前驱体材料影 响较大， 此外后续的烧结制度也可以对性能调变。 二次球多晶颗粒 由于存在大量的一次颗 粒晶界， 应用于锂离子电池正极材料时， 在循环过程中由于锂离子脱嵌引起的应力积累容 易发生开裂和破碎， 增大了与电解液的接触面积导致副反应发生， 造成电池内阻增加， 使循 环性能降低。 [0004]相比于多晶材料， NCM单晶三元材料由于不含大量晶界， 减少了充放电过程引起的 颗粒开裂破碎现象， 可应用于高电压锂电池体系， 具有循环性能好、 机械强度高等优点， 目 前正替代多晶材 料而被更广泛地研究并应用于锂电池正极材 料。 [0005]NCM单晶材料通常由平均粒度小于4μm的小颗粒NCM三元前驱体混合锂源烧结制 得， 焙烧所需的温度高， 烧结成品硬度较大， 需要依靠后端的粉碎设备进行分散， 成品样的 粒度分布不均匀， 并且可能导 致大量的细粉产生， 影响材 料的循环性能。 发明内容 [0006]针对现有技术的不足， 本发明的目的是提供一种单晶型含锂金属复合氧化物材料 及其制备 方法和应用。 [0007]为实现上述目的， 本发明采用的技 术方案为： [0008]一种单晶型含 锂金属复合氧化物材 料的制备 方法， 包括以下步骤： [0009]结晶工序： 将金属盐溶解在水中得到金属盐溶液， 向金属 盐溶液中加入沉淀剂调 节其pH值为8～10.2， 混合均匀后在非氧化性气氛中进 行结晶反应， 得到含有 金属复合氢氧 化物的第一混合浆料。 所述沉淀剂为氨水、 氢氧化钠溶液、 氢氧化钾溶液中的至少一种； 所 述结晶反应的温度为100～150℃， 时间为0.5～15h； 所述非氧化性气氛中氧气含量小于 0.5vol/％； 所述金属盐包括镍盐和锰盐。 优选的， 所述金属盐还包括钴盐； 进一步优选的， 所述金属盐还包括镁盐、 铝盐、 钛盐、 锆盐、 钨盐、 镧盐、 钼盐、 铌盐、 钒盐、 铬盐中的至少一 种。 [0010]氧化工序： 向第一混合浆料中加入氧化剂进行氧化反应， 得到含有金属复合羟基说　明　书 1/4 页 3 CN 114197046 A 3