[發(fā)明專利]一種無鈷正極材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110341692.6
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113072101B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許鑫培;江衛(wèi)軍;陳思賢;鄭曉醒
• 申請（專利權(quán)）人: 蜂巢能源科技有限公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;C01B19/02;H01M4/131;H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525;B22F1/18
• 代理公司: 北京遠智匯知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11659
• 代理人: 王巖

本發(fā)明提供了一種無鈷正極材料及其制備方法和應(yīng)用，所述制備方法包括以下步驟：(1)將鋰源、前驅(qū)體Nisubgt;x/subgt;Mnsubgt;y/subgt;(OH)subgt;2/subgt;和摻雜劑混合，經(jīng)一次熱處理得到基體材料；(2)將步驟(1)得到的基體材料和包覆劑混合，經(jīng)二次熱處理得到所述無鈷正極材料。本發(fā)明在基體材料中摻雜低熔點材料，可以提高無鈷正極材料的致密性，進而達到降低產(chǎn)氣、提高材料循環(huán)性能的目的，在基體材料表面設(shè)置包覆層，提高了材料顆粒致密性，加強了材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，降低了基體材料直接和電解液的接觸，減少了副反應(yīng)的發(fā)生，從而提高材料的循環(huán)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池領(lǐng)域，涉及一種無鈷正極材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有高能量密度、較好的循環(huán)性能等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到生活中的方方面面。正極材料處于鋰離子電池的核心，正極材料的開發(fā)進程直接影響了鋰離子電池的發(fā)展前景。三元正極材料例如NCM(Ni_xCo_yMn_z)，NCA(Ni_xCo_yAl_z)等材料具有高密度，較好的循環(huán)壽命，被廣泛應(yīng)用于汽車、電子行業(yè)。但是鈷元素作為戰(zhàn)略性資源，不但價格高昂而且對環(huán)境造成污染，這些不利因素直接限制了三元材料的發(fā)展。

無鈷層狀正極材料不但擺脫了鈷元素的制約，而且具有較高的可逆比容量、價格低廉等優(yōu)勢，越來越受到能源行業(yè)的青睞。隨著各個行業(yè)對能源需求的不斷提高，增加正極材料的能量密度成為一種趨勢，最直接的方法就是增加鎳元素含量，但是鎳含量的提高會導(dǎo)致材料表面殘余堿的增加，電池產(chǎn)氣的增加，這就對電池的安全性帶來了風險。

CN111916697A公開了一種無鈷正極材料及其制備方法以及鋰離子電池正極和鋰電池。所述正極材料包括核以及包覆所述核的殼，所述核為無鈷正極材料，所述核的化學(xué)式為LiNi_xMn_yO₂，其中，0.55≤x≤0.95，0.05≤y≤0.45，所述殼為包覆劑和碳。其所述方法能夠提高無鈷正極材料包覆過程中的分散性，同時能夠提高無鈷正極材料的導(dǎo)電性，但是其所述材料的鎳含量過高，會導(dǎo)致材料表面殘余堿的增加，電池產(chǎn)氣的增加，安全性較低。

CN112186158A公開了一種正極復(fù)合材料，所述正極復(fù)合材料包括無鈷正極材料及形成在其表面的復(fù)合碳包覆層，其所述無鈷正極材料的粒徑為3～5μm，粒徑在該范圍內(nèi)的無鈷正極材料更利于復(fù)合碳進行包覆。復(fù)合碳中選擇石墨烯，能夠有效提高無鈷正極材料的離子電導(dǎo)率，正極復(fù)合材料還能有效隔離電解液，減少副反應(yīng)的發(fā)生，提高了材料的首次充放電容量。但是其所述正極材料的循環(huán)性能較差，且同樣產(chǎn)氣量較高，安全性較低。

上述方案存在有產(chǎn)氣量高、安全性差的問題，因此，開發(fā)一種能有效降低電池產(chǎn)氣量并提高電池循環(huán)性能的無鈷正極材料是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種無鈷正極材料及其制備方法和應(yīng)用，所述制備方法包括以下步驟：(1)將鋰源、前驅(qū)體Ni_xMn_y(OH)₂和摻雜劑混合，經(jīng)一次熱處理得到基體材料；(2)將步驟(1)得到的基體材料和包覆劑混合，經(jīng)二次熱處理得到所述無鈷正極材料。本發(fā)明在基體材料中摻雜低熔點材料，可以提高無鈷正極材料的致密性，進而達到降低產(chǎn)氣、提高材料循環(huán)性能的目的，在基體材料表面設(shè)置包覆層，提高了材料顆粒致密性，加強了材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，降低了基體材料直接和電解液的接觸，減少了副反應(yīng)的發(fā)生，從而提高材料的循環(huán)性能。

為達到此發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明提供了一種無鈷正極材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

(1)將鋰源、前驅(qū)體Ni_xMn_y(OH)₂和摻雜劑混合，經(jīng)一次熱處理得到基體材料；