(19)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 202111595596.0 (22)申请日 2021.12.24 (71)申请人 北京当升材 料科技股份有限公司 地址 100160 北京市丰台区南四环西路18 8 号总部基地18区21号 (72)发明人 赵甜梦　宋顺林　刘亚飞　陈彦彬　 (74)专利代理 机构 北京润平知识产权代理有限 公司 11283 专利代理师 赵泽丽 (51)Int.Cl. C30B 29/22(2006.01) C30B 1/02(2006.01) C30B 1/10(2006.01) H01M 4/505(2010.01) H01M 4/525(2010.01)H01M 10/0525(2010.01) (54)发明名称 单晶型多元正极材 料及其制备方法与应用 (57)摘要 本发明涉及锂离子电池技术领域， 公开了一 种单晶型多元正极材料及其制备方法与应用。 该 正极材料满足以下条件： 正极材料通过SEM测得 的单晶尺寸DPS90、 DPS10与DPS50满足以下关系： 0.1 ≤B90＝(DPS90‑DPS10)/DPS50≤1.5； 正极材料的团 聚率≤20％； 其中， DPS90正极材料的单晶尺寸 90％小于DPS90； DPS50正极材料的单晶尺寸50％小 于DPS50； DPS10正极材料的单晶尺寸10％小于DPS10。 该单晶型多元正极材料的形貌圆润、 颗粒尺寸均 一、 团聚少、 粘连少， 压实密度高、 结构稳定性好， 将其用于锂离子电池， 能够提高锂离子电池的能 量密度、 倍 率性能以及循环稳定性和安全性。 权利要求书3页 说明书16页 附图4页 CN 114703544 A 2022.07.05 CN 114703544 A 1.一种单晶型多元正极材 料， 其特征在于， 所述 正极材料满足以下 条件： (1)正极材料通过SEM测得的单晶尺寸DPS90、 DPS10与DPS50满足以下关系： 0.1≤B90＝ (DPS90‑DPS10)/DPS50≤1.5； (2)所述正极材料的团聚率≤20％； 其中， DPS90正极材料的单晶尺寸90％小于DPS90； DPS50正极材料的单晶尺寸50％小于DPS50； DPS10正极材料的单晶尺寸10％小于DPS10。 2.根据权利要求1所述的单晶型多元正极材料， 其中， 正极材料通过SEM测得的单晶尺 寸DPS90、 DPS10与DPS50满足以下关系： 0.1≤B90＝(DPS90‑DPS10)/DPS50≤1.3； 优选地， 所述 正极材料的团聚率≤15％。 3.根据权利要求1或2所述的单晶型多元正极材料， 其中， 所述正极材料的平均单晶尺 寸DPS50为1‑3 μm， 优选为1.2 ‑2.8 μm； 优选地， 所述 正极材料满足如下 条件： 0.1≤ HPS≤0.5， 优选地， 0.1≤ HPS≤0.4； 其中， HPS为多个晶粒颗粒HPSn的统计平均数， HPSn为单个颗粒计算结果， HPSn＝2(DPSLn‑ DPSSn)/(DPSLn+DPSSn)， DPSLn为正极材料通过SEM测得的单个晶粒颗粒n的最长对角线长度， DPSSn 为正极材料通过SE M测得的单个晶粒颗粒n的最短对角线长度； 优选地， 所述 正极材料的D50为2‑5 μm， 优选为2 ‑4 μm。 4.根据权利要求1 ‑3中任意一项所述的单晶型多元正极材料， 其中， 所述正极材料具有 式I所示的组成： Li1+a(AmDnNixMnyCoz)EiO2式I 其中，‑0.1≤a≤0.1， 0≤m≤0.05， 0≤n≤0.05， 0.5≤x<1， 0<y<0.5， 0≤z<0.5， 0≤i≤ 0.05； A选自V、 Ta、 Cr、 L a、 Ce、 Er和Y中的至少一种； D选自Mg、 Sr、 B、 V、 Al、 Ca、 Zn、 Ba、 Ra、 Zr和 Ti中的至少一种； E 选自Al、 Nb、 Co、 Mn、 Mo、 W、 Si、 Mg、 Ti和Zr中的至少一种。 5.一种单晶型多元正极材 料的制备 方法， 其特 征在于， 所述方法包括以下步骤： S1、 将镍钴锰 氢氧化物前驱体、 锂 源、 可选地 掺杂剂D进行混合， 得到混合物I； S2、 在氧气或空气 气氛中， 对所述混合物I进行第一高温烧结， 得到正极材 料过程品I； S3、 在氧气或空气气氛中， 对所述正极材料过程品I进行第二高温烧结， 得到正极材料 过程品II； S4、 将所述 正极材料过程品II与可选地包覆剂E进行混合， 得到混合物I I； S5、 在氧气或空气气氛中， 对所述混合物II进行第三高温烧结， 得到所述单晶型多元正 极材料。 6.根据权利要求5所述的制备方法， 其中， 步骤S1中， 所述锂源选自碳酸锂、 硝酸锂、 氢 氧化锂、 氧化锂和醋酸锂中的至少一种； 优选地， 所述锂源的加入量按照化学计量比为0.9≤[n(Li)]/[n(Ni)+n(Co)+n(Mn)]≤ 1.1添加； 优选地， 所述掺杂剂D选自含有Mg、 Sr、 B、 V、 Al、 Ca、 Zn、 Ba、 Ra、 Zr和Ti中至少一种元素的 氧化物、 羟基氧化物、 氢 氧化物、 碳 酸盐和草 酸盐中的至少一种； 优选地， 所述掺杂剂D的加入量按照化学计量比为0≤[n(D)]/[n(Ni)+n(Co)+n(Mn)]≤ 0.05添加； 优选地， 步骤S2中， 所述第一高温烧结的条件包括： 烧结温度为700 ‑1000℃， 烧结时间权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114703544 A 2为2‑10h； 优选地， 所述 正极材料过程品I的D50为2‑5 μm； 优选地， 步骤S3中， 所述第二高温烧结的条件包括： 烧结温度为720 ‑1200℃， 烧结时间 为5‑20h； 优选地， 所述 正极材料过程品II的D50为2‑5 μm； 优选地， 所述第二高温烧结的温度比所述第一高温烧结的温度高， 优选高20 ‑200℃； 优选地， 步骤S4中， 所述包覆剂E选 自含有Al、 Nb、 Co、 Mn、 Mo、 W、 Si、 Mg、 Ti和Zr中的至少 一种元素的氧化物、 羟基氧化物、 氢 氧化物、 碳 酸盐和草 酸盐中的至少一种； 优选地， 所述包覆剂E的加入量按照化学计量比为0≤[n(E)]/[n(Ni)+n(Co)+n(Mn)]≤ 0.05添加； 优选地， 步骤S5中， 所述第三 高温烧结的条件包括： 烧结温度 为500‑900℃， 烧结 时间为 3‑10h。 7.根据权利要求5或6所述的制备方法， 其中， 所述镍钴锰氢氧化物前驱体按照以下步 骤制得： (1)将镍盐、 钴盐、 锰盐按照Ni:Co:Mn＝x:z:y的摩尔比配制混合盐溶液； 将掺杂剂A、 沉 淀剂分别配制为 掺杂剂A盐溶 液和沉淀剂溶 液； (2)在氮气气氛下， 将混合盐溶液、 沉淀剂溶液、 氨水和可选地掺杂剂A盐溶液加入反应 釜进行连续反应、 陈化， 得到固液混合 浆料； (3)将所述固液混合 浆料经压滤、 洗涤、 烘干， 得到 镍钴锰氢氧化物前驱体。 8.根据权利要求7所述的制备方法， 其中， 所述混合盐的浓度为1 ‑3mol/L； 所述沉淀剂 溶液的浓度为5 ‑10mol/L； 所述氨水的质量浓度为20 ‑30wt％； 优选地， 所述掺杂剂A选自含有V、 Ta、 Cr、 La、 Ce、 Er和Y中的至少一种元素的可溶盐和/ 或溶胶； 优选地， 所述掺杂剂A的加入量按照化学计量比为0≤[n(A)]/[n(Ni)+n(Co)+n(Mn)]≤ 0.05添加； 优选地， 所述连续反应的条件包括： pH值为11 ‑13， 反应温度为40 ‑60℃， 并流时间为6 ‑ 30h； 优选地， 所述陈化的条件 包括： 陈化温度为 40‑60℃， 陈化时间为5 ‑30h； 优选地， 所述含掺杂剂A的镍钴锰氢氧化物前驱体的D50为2‑6μm， 松装密度为0.6 ‑1g/ cm3， 振实密度为1.2 ‑1.6g/cm3。 9.由权利要求5 ‑8中任意一项所述的制备 方法制得的单晶型多元正极材 料； 优选地， 所述 正极材料满足以下 条件： (1)正极材料通过SEM测得的单晶尺寸DPS90、 DPS10与DPS50满足以下关系： 0.1≤B90＝ (DPS90‑DPS10)/DPS50≤1.5， 优选为0.1≤B90＝(DPS90‑DPS10)/DPS50≤1.3； (2)所述正极材料的团聚率≤20％， 优选 ≤15％； 其中， DPS90正极材料的单晶尺寸90％小于DPS90； DPS50正极材料的单晶尺寸50％小于DPS50； DPS10正极材料的单晶尺寸10％小于DPS10； 优选地， 所述 正极材料的平均单晶尺寸DPS50为1‑3 μm， 优选为1.2 ‑2.8 μm； 优选地， 所述 正极材料满足如下 条件： 0.1≤ HPS≤0.5；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114703544 A 3