单晶正极材料及其制备方法、二次电池和装置与流程

本申请涉及储能领域。具体地，本申请涉及一种单晶正极材料及其制备方法、包括该单晶正极材料的二次电池和装置。

背景技术：

1、目前，高镍正极材料由于具有很高的能量密度，被广泛认为是下一代动力电池正极材料。当前使用较多的高镍多晶正极材料在充放电过程中，由于晶格体积变化引发的应力容易造成一次颗粒分化，并在晶粒间产生微裂纹，加剧材料的分化，造成电池容量的衰减。同时电解液也会渗透到表面和微裂纹中，引发电极与电解液的副反应，对于电池安全和循环带来了极大的挑战。单晶材料由于比表面积小，晶体结构完整且机械强度高，能够很好抑制晶界裂纹的产生，降低与电解液的副反应。然而高镍单晶材料的h2-h3的相变会导致其循环性能降低。此外，单晶材料颗粒较大，活性离子扩散路径大，这就使得单晶材料中活性离子扩散动力学差，因而展现出较低的倍率性能。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本申请提供了一种单晶正极材料、单晶正极材料的制备方法以及包括该单晶正极材料的二次电池和相关的装置。本申请的单晶正极材料通过同时引入镁(mg)元素掺杂和nam2(po4)3材料表面包覆，实现了循环性能和倍率性能的显著提升。

2、本申请的第一方面提供了一种单晶正极材料，其包括基体和位于所述基体表面的包覆层，其中，所述基体包括镁掺杂的镍钴锰三元材料，所述包覆层包括nam2(po4)3材料中的至少一种，m选自锆(zr)、钇(y)或铌(nb)中的至少一种。

3、本申请的第二方面提供了一种单晶正极材料的制备方法，其包括以下步骤：

4、s1：将镍钴锰镁氢氧化物与锂源的混合物进行焙烧，得到前驱体；

5、s2：将s1得到的前驱体、钠源、磷源与m源进行球磨混合、焙烧，得到所述单晶正极材料，m选自锆(zr)、钇(y)或铌(nb)中的至少一种。

6、本申请的第三方面提供了一种二次电池，其包括正极，所述正极包括第一方面所述的单晶正极材料或第二方面所述的制备方法制备的单晶正极材料。

7、本申请的第四方面提供了一种装置，所述装置包括第三方面所述的二次电池。

8、本申请的有益效果为：

9、本申请采用两步煅烧法分别将mg元素和离子导体nam2(po4)3原位掺杂和包覆到高镍单晶正极材料中，通过高镍氢氧化物前驱体煅烧实现mg的原位掺杂到前驱体中，然后在合成单晶过程中将离子导体nam2(po4)3原位包覆到颗粒表面。一方面，mg元素的掺杂能够有效改善单晶材料长循环充放电过程中的h2-h3相变，提升其循环性能，另一方面离子导体包覆层能够改善电解液与材料的副反应，提升锂离子的扩散速率，使得高镍单晶正极材料的循环性能和倍率性能得到显著提升。

技术特征：

1.一种单晶正极材料，其包括基体和位于所述基体表面的包覆层，其中，所述基体包括镁掺杂的镍钴锰三元材料，所述包覆层包括nam2(po4)3材料中的至少一种，m选自锆、钇或铌中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的单晶正极材料，其特征在于，所述镁掺杂的镍钴锰三元材料为镁体相掺杂的镍钴锰三元材料，和/或

3.根据权利要求1或2所述的单晶正极材料，其特征在于，所述包覆层的厚度为3nm至20nm，优选为4nm至10nm；和/或

4.一种单晶正极材料的制备方法，其包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，s1中，所述焙烧包括依次进行的第一焙烧和第二焙烧，所述第一焙烧的温度300℃-500℃，所述第一焙烧的时间为1h-5h，所述第二焙烧的温度为600℃-800℃，优选为750℃-800℃，所述第二焙烧的时间为10h-20h；和/或

6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述镍钴锰镁氢氧化物的制备方法包括：使包括镍盐、钴盐、锰盐和镁盐的溶液与沉淀剂进行反应；和/或

7.根据权利要求4-6中任一项所述的制备方法，其特征在于，基于所述前驱体的质量，所述钠源的质量含量为0.3％-1.5％，优选为0.4％-1.0％，所述m源的质量含量为0.5％-4％，优选为1％-3％。

8.根据权利要求4-7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述锂源选自氢氧化锂或碳酸锂中的至少一种；和/或

9.一种二次电池，其包括正极，所述正极包括权利要求1-3中任一项所述的单晶正极材料或根据权利要求4-8中任一项所述的制备方法制备的单晶正极材料。

10.一种装置，其包括权利要求9所述的二次电池。

技术总结本申请涉及一种单晶正极材料及其制备方法、二次电池和装置。本申请的单晶正极材料包括基体和位于所述基体表面的包覆层，其中，所述基体包括镁掺杂的镍钴锰三元材料，所述包覆层包括NaM<subgt;2</subgt;(PO<subgt;4</subgt;)<subgt;3</subgt;材料中的至少一种，M选自锆、钇或铌中的至少一种。本申请的单晶正极材料通过同时引入Mg元素掺杂和NaM<subgt;2</subgt;(PO<subgt;4</subgt;)<subgt;3</subgt;材料表面包覆，实现了循环性能和倍率性能的显著提升。技术研发人员：张健受保护的技术使用者：蔚来电池科技（安徽）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/5