[發明專利]一種無鈷單晶復合材料、其制備方法和用途

有效

• 申請號: 202010526228.X
• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111682175B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 王鵬飛;江衛軍;喬齊齊;孫明珠;許鑫培;施澤濤;馬加力;陳思賢
• 申請（專利權）人: 蜂巢能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M4/131;H01M10/0525;C30B1/10;C30B29/22
• 代理公司: 北京遠智匯知識產權代理有限公司 11659
• 代理人: 王巖

本發明涉及一種無鈷單晶復合材料、其制備方法和用途。所述無鈷單晶材料為核殼結構，核層為無鈷單晶材料，殼層的材料組成包括TiNb₂O₇和導電鋰鹽。本發明選擇TiNb₂O₇和導電鋰鹽作為殼層的材料包覆無鈷單晶材料，有利于充放電過程中鋰離子在材料內部的嵌入遷出，提高了無鈷單晶材料鋰離子導電性，進而提高了材料的容量和首效；殼層有利于減小材料與電解液的接觸面積，減緩了材料與電解液副反應的發生，從而提高了材料的循環性能。

技術領域

本發明屬于電池技術領域，具體涉及一種無鈷單晶復合材料、其制備方法和用途。

背景技術

隨著新能源市場的發展，三元正極材料由于其高能量密度、高循環、高安全性等優點引起了人們的研發熱潮。在當前動力市場上，大規模商業化的如NCM523、NCM622等三元材料，一定程度上滿足動力汽車的需求，其續航里程、安全性能等還有待提高。

NCM中鈷元素價格的波動制約了電池的成本控制，且鈷金屬價格昂貴，易對環境造成污染，而多晶NCM材料多是由200～300納米的一次顆粒團聚而成的二次顆粒，增大了與電解液的接觸面積，在循環過程中材料內部易產生微觀裂紋且隨著鎳含量升高而增加，進而導致更多的電解液滲入顆粒內部，引發更多副反應，破壞材料結構。

單晶材料則直接由2～5微米的獨立晶體組成，具有更高結晶度、更加穩定的層狀結構等特征，但是單純的基體材料容量和循環偏低，主要是無鈷單晶材料的鋰離子導電性差導致，離子導電性制約了電池在充放電過程中鋰離子的嵌入遷出速度，不利于材料容量的發揮，且隨著循環的進行增加電池內阻，電池易于產熱，有很大的使用安全隱患。

CN109962223A公開了一種包含無鈷Ni-Mn固溶鎳基正極材料的鋰離子電池，所述正極活性材料為改性BN包覆無鈷Ni-Mn固溶鎳基正極材料，其結構式為：LiNi_xMn_1-xO₂·aBN，其中0.5≤x1，0a≤0.06，改性BN為LiNi_xMn_1-xO₂材料表面的包覆層。但是，所述正極材料鋰離子導電性較差，且成本較高。

CN103943844B公開了一種無鈷富鋰錳基正極材料及其制備方法和應用，所述正極材料化學式為Li_1+xNi_yMn_0.8-yO₂(0x1/3，0y0.8)。正極材料的制備過程：采用溶膠-凝膠法在乙醇或去離子水溶劑中制備前驅體，經低溫預燒、球磨后，再經高溫固相燒結得到所制備的正極材料。但是，所述方法得到的正極材料鋰離子導電性較差。

因此，本領域需要開發一種新型無鈷單晶材料，所述無鈷單晶材料具有優異的鋰離子導電性，且成本較低，制備方法簡單，可工業化生產。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種無鈷單晶復合材料、其制備方法和用途。所述無鈷單晶復合材料具有優異的鋰離子導電性，且成本較低。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

本發明的目的之一在于提供一種無鈷單晶復合材料，所述無鈷單晶材料為核殼結構，核層為無鈷單晶材料，殼層的材料組成包括TiNb₂O₇和導電鋰鹽。

本發明選擇TiNb₂O₇和導電鋰鹽作為殼層的材料包覆無鈷單晶材料，有利于充放電過程中鋰離子在材料內部的嵌入遷出，提高了無鈷單晶材料鋰離子導電性，進而提高了材料的容量和首效；殼層有利于減小材料與電解液的接觸面積，減緩了材料與電解液副反應的發生，從而提高了材料的循環性能。