[發明專利]無鈷高鎳正極材料及其制備方法、鋰離子電池正極及鋰離子電池

有效

• 申請號: 202110352771.7
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113023794B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 郭豐;喬齊齊;施澤濤;王鵬飛
• 申請（專利權）人: 蜂巢能源科技有限公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;C01B35/12;H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M4/131;H01M10/0525
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 梁文惠

本發明提供了一種無鈷高鎳正極材料及其制備方法、鋰離子電池正極及鋰離子電池。該無鈷高鎳正極材料包括：無鈷高鎳基體材料和包覆于無鈷高鎳基體材料的包覆層，無鈷高鎳基體材料的化學式為Lisubgt;m/subgt;Nisubgt;x/subgt;Mnsubgt;y/subgt;Osubgt;2/subgt;，其中，0.2≤m≤0.8，0.4≤x≤0.95，0.05≤y≤0.6，包覆層為TiBsubgt;z/subgt;Osubgt;1?z/subgt;，0.2≤z≤0.8。通過包覆層TiBsubgt;z/subgt;Osubgt;1?z/subgt;修飾得到的無鈷高鎳正極材料具有良好的耐酸性、耐磨性、高機械強度和優良的導電性，且將該無鈷高鎳正極材料用于鋰離子電池時，極大地提高了鋰離子電池的高溫循環性能、容量和首效。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體而言，涉及一種無鈷高鎳正極材料及其制備方法、鋰離子電池正極及鋰離子電池。

背景技術

近年來，動力電池市場的發展進入快車道，人們迫切需求一種成本低、高能量密度、高循環性能和高安全性的正極材料。目前，市面上的正極材料LiCoO₂和三元材料(NCM)均不能夠同時滿足以上條件，主要原因是鈷元素的價格持續走高，同時鈷也是一種非環境友好型元素。且NCM中充放電過程中Ni²⁺和Li⁺的混排造成其循環穩定性差，但值得注意的是，具有相同Ni含量的無鈷高鎳正極材料(NM)和NCM正極在0.1C時放電容量相當，與此同時，NM相對于NCM表現出更好的循環穩定性和熱穩定性。

盡管鈷元素的去除導致NM比NCM價格低，使得NM表現出強大的應用前景，但是NM在循環過程中存在一定的氧流失，從而造成嚴重的產氣問題，進而使其循環穩定性較差。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種無鈷高鎳正極材料及其制備方法、鋰離子電池正極及鋰離子電池，以解決現有技術中無鈷高鎳正極材料的循環穩定性較差的問題。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種無鈷高鎳正極材料，該無鈷高鎳正極材料包括：無鈷高鎳基體材料和包覆于無鈷高鎳基體材料的包覆層，無鈷高鎳基體材料的化學式為Li_mNi_xMn_yO₂，其中，0.2≤m≤0.8，0.4≤x≤0.95，0.05≤y≤0.6，包覆層為TiB_zO_1-z，0.2≤z≤0.8。

進一步地，上述包覆層的質量為無鈷高鎳基體材料的0.2～0.5％。

進一步地，上述無鈷高鎳正極材料的D50為1～5μm，優選無鈷高鎳正極材料的比表面積為0.3～1.5m²/g。

根據本發明的另一個方面，提供了一種上述無鈷高鎳正極材料的制備方法，該制備方法包括：步驟S1，將無鈷高鎳基體材料和包覆劑進行混合，得到混合物；步驟S2，將混合物進行煅燒，得到無鈷高鎳正極材料，包覆劑為TiB_zO_1-z固溶體顆粒。

進一步地，上述TiB_zO_1-z固溶體顆粒的D50為10～100nm。

進一步地，上述煅燒的溫度為300～900℃，優選以3～5℃/min的升溫速度升溫到300～900℃，優選上述煅燒的時間為6～12h。

進一步地，上述制備方法還包括包覆劑的制備過程，該制備過程包括：將鈦源和硼源通過高溫固相反應法反應，得到TiB_zO_1-z固溶體顆粒；鈦源為TiO₂，硼源為TiB或H₃BO₃，優選鈦源與硼源的摩爾比為0.5～1：1，優選高溫固相反應法的反應溫度為1000～1800℃，優選高溫固相反應法反應的時間為12～24h。