(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 202111533092.6 (22)申请日 2021.12.15 (71)申请人 中钢天源股份有限公司 地址 243000 安徽省马鞍山市雨 山区霍里 山大道南段9号 (72)发明人 李晓祥　裴晓东　骆艳华　 (74)专利代理 机构 马鞍山市金桥专利代理有限 公司 341 11 代理人 吴方舟 (51)Int.Cl. C30B 29/22(2006.01) C30B 29/62(2006.01) C30B 1/02(2006.01) H01M 4/505(2010.01) H01M 4/525(2010.01)H01M 4/485(2010.01) H01M 10/0525(2010.01) (54)发明名称 一种高容量单晶正极电池材料的制备方法 及产品 (57)摘要 本发明公开了一种高容量单晶正极电池材 料的制备方法及产品， 涉及单晶高熵电池材料技 术领域， 为解决单晶正极材料锂离子扩散较为困 难， 限制了单晶材料发展的问题； 本发明包括用 超细的针状富铁基高熵材料作为晶核， 制成棒状 的单晶氧化物， 以提高锂离子扩散速率； 具体包 括配置电池级原料溶液、 在高pH条件下合成超细 的针状富铁基高熵材料晶核、 继续生长、 加锂烧 结成单晶粉末产品； 本发明从另 一角度出发， 用 超细的针状富铁基高熵材料作为晶核， 制成棒状 的单晶氧化物， 从而缩短锂离子在电解液与单晶 内部晶格间扩散的路径， 解决了单晶正极材料中 锂离子扩散较为困难的问题， 提高了电池材料产 品容量、 循环稳定性和安全性， 同时为高熵材料 的发展拓 宽了道路。 权利要求书1页 说明书6页 附图1页 CN 114214730 A 2022.03.22 CN 114214730 A 1.一种高容量单晶正极电池材料的制备方法， 其特征在于， 包括以下步骤： 用超细的针 状富铁基高熵材 料作为晶核， 制成棒状的单晶氧化物， 以提高锂离 子扩散速率。 2.根据权利要求1所述的一种高容量单晶正极电池材料的制备方法， 其特征在于： 所述 高熵材料采用xFe(OH)3·y(Ni0.2Co0.2Mn0.2Fe0.2Mg0.2)(OH)2， 晶核外采用NimConMnz(OH)2继续 长大成正极电池 前驱体材料， 烘干后加锂焙烧生长成棒状的单晶氧化物； x、 y、 m、 n、 z均为正 数。 3.根据权利要求2所述的一种高容量单晶正极电池材料的制备方法， 其特征在于， 包括 以下步骤： S1、 按比例配制电池级的铁源、 镍源、 钴源、 锰源、 亚铁源、 镁源 的溶液于容器a中； 再按 比例配制电池级的镍源、 钴 源、 锰源的溶 液于容器b中； S2、 将容器a中的溶液全部加入到反应器A中并搅拌， 后向反应容器A中加入沉淀剂a， 控 制反应pH在 11.5～13.0， 沉淀剂a加完后继续搅拌2～18h； 再将容器b中的溶液、 络合剂、 沉 淀剂b加入到反应器A中， 控制反应pH在10～11.5， 得到的料浆经洗涤、 过滤、 干燥得到粉体 d； S3、 将粉体d和锂源按比例充分混合后， 放入到管式炉中加热至760～930℃， 保温2～ 14h， 期间通入氧气 气氛， 保温后冷却至室温， 破碎， 筛分得到单晶粉末产品。 4.根据权利要求3所述的一种高容量单晶正极电池材料的制备方法， 其特征在于： 所述 步骤S2中， 沉淀剂a为氢氧化钠或/和氢氧化钾， 其中氢氧根物质的量与容器a中金属阳离子 总物质的量之比为2.2 ～2.6： 1， 沉淀剂a加入反应容器A时一次性快速加入。 5.根据权利要求3所述的一种高容量单晶正极电池材料的制备方法， 其特征在于： 所述 步骤S2中， 络合剂为氨水， 沉淀剂b为氢氧化钠、 氢氧化钾、 碳酸钠、 碳酸氢钠中的一种或多 种。 6.根据权利要求3所述的一种高容量单晶正极电池材料的制备方法， 其特征在于： 所述 步骤S1中， 容器a中铁源:镍源:钴源:锰源:亚铁源: 镁源摩尔比为0.2～6:1:1:1:1:1； 容器b 中镍源:钴源:锰源摩尔比为6～9:0.5～2.5:0.5～2.5； 容器a中总金属阳离子与容器b中总 金属阳离 子摩尔比为1： 4～3 0。 7.根据权利要求6所述的一种高容量单晶正极电池材料的制备方法， 其特征在于： 所述 铁源为+3价相对应的电池级的硫酸盐、 硝酸盐或氯化盐； 镍源、 钴源、 锰源、 亚铁源、 镁源为 + 2价相对应的电池级的硫酸盐、 硝酸盐或 氯化盐； 容器a中配成溶液的盐总浓度和容器b中配 成溶液的盐总浓度均为0.5～6.0mo l/L。 8.根据权利要求3所述的一种高容量单晶正极电池材料的制备方法， 其特征在于： 所述 步骤S3中， 锂源中锂的摩尔量为容器a和容器b中镍、 钴、 锰、 铁、 亚铁、 镁总摩尔量的1.04～ 1.2倍； 管式炉加热的升温速率为1～8℃/min， 氧气通入速率每分钟通入气体体积为0.1～ 4.0个反应 器容积。 9.一种高容量单晶正极电池材料产品， 其特征在于， 采用权利要求1 ‑8任意一项所述的 制备方法制成。 10.根据权利要求9所述的一种高容量单晶正极电池材料产品， 其特征在于： 所述产品 为棒状单晶氧化物， 其晶核为针 状， 针状的轴向长度为0.4 ‑10 μm， 径向宽度为0.02 ‑0.5 μm。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114214730 A 2一种高容量单晶正极电池材料的制备方 法及产品 技术领域 [0001]本发明涉及单晶高熵电池材料技术领域， 具体为一种高容量单晶正极电池材料的 制备方法及产品。 背景技术 [0002]单晶正极材料由一个或几个大晶粒组成， 而传统的多晶材料通常是许多亚微晶的 球形聚集体。 多晶正极材料中的颗粒粉碎是其较常见 的失效形式之一， 导致活性材料剥落 和表面积增加， 这在富镍材料中尤其明显。 而单晶型三元材料内部 没有晶界， 可以有效应对 晶界破碎及其导致的性能劣化问题， 与商用多晶三元材料相比， 单 晶三元材料在常温和高 温下均具有更好的循环稳定性， 且安全性高。 [0003]目前， 单晶正极材料仍有不足之处， 其一次颗粒大小在几微米级， 尺寸较大导致充 放电过程锂离 子扩散较为困难， 使其 放电容量和倍率性都要比同等多元正极材 料低。 [0004]HEM(高熵材料)是一类由多种元素以等摩尔比或近等摩尔比组成的新型多主元材 料， 这种材料具有很多传统材料无法比拟的优异特性。 例如在能源应用方面具有巨大潜力， 主要代表是HEA(高熵合金)和HEO(高熵氧化物)， 通过对高熵系统的组成进行调整， 可以实 现其有潜力的功能特性， 如电催化活性、 气体吸收能力、 电化学电荷存储等； 例如公告号为 CN111933926B， 名称为 《一种锂离子电池正极材料前躯体及其制备方法》 的发明专利， 其中 就公开了一种采用HEO制作锂离子电池正极材料的方法， 并且通过以镍钴锰镁钛高熵氧化 物为晶核、 镍钴锰氧化物在其晶核基础上生长、 外层再包覆镍钴锰镁钛高熵氧化物， 有效解 决了高镍镍钴锰材料 的安全性及循环性问题； 但是， 该方法并没有解决用高熵材料作为单 晶正极材料也同样存在的锂离子扩散较为困难的问题， 这一问题也限制了高熵材料优异 性 能的未来发展前 景， 限制了单晶材 料的发展。 发明内容 [0005]本发明的目的在于提供一种高容量单晶正极电池材料的制备方法及产品， 以解决 单晶正极材 料锂离子扩散较为困难， 限制了单晶材 料发展的问题。 [0006]为实现上述目的， 本发明提供如下技术方案： 一种高容量单晶正极电池材料的制 备方法， 包括以下步骤： 用超细的针状富铁基高熵材料作为晶核， 制成棒状的单晶氧化物， 以提高锂离 子扩散速率。 [0007]在一种较优的方案中， 高熵材料为超细的针状富铁基镍钴锰铁镁高熵氢氧化物， 化学式为xFe(OH)3·y(Ni0.2Co0.2Mn0.2Fe0.2Mg0.2)(OH)2， 晶核外采用NimConMnz(OH)2继续长大 成正极电池前驱体材 料， 烘干后加锂焙烧生长成棒状的单晶氧化物； x、 y、 m、 n、 z均为 正数。 [0008]在本方案中较优的， 上述制备 方法包括以下步骤： [0009]S1、 按比例配制电池级的铁源、 镍源、 钴源、 锰源、 亚铁源、 镁源的溶液于容器a中； 再按比例配制电池级的镍源、 钴 源、 锰源的溶 液于容器b中； [0010]S2、 将容器a中的溶液全部加入到反应器A中并搅拌， 后向反应容器A中加入沉淀剂说　明　书 1/6 页 3 CN 114214730 A 3