[發明專利]一種低鈷正極材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110768017.1
• 申請日: 2021-07-07
• 公開（公告）號: CN113292115A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 孫化雨;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 遠景動力技術（江蘇）有限公司;遠景睿泰動力技術（上海）有限公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 趙穎

本發明提供一種低鈷正極材料及其制備方法和應用，所述制備方法包括：將鎳前驅體、鈷前驅體、錳前驅體、沉淀劑和絡合劑不斷加入反應釜進行反應，使得所述反應釜中鎳前驅體的摩爾濃度保持不變，鈷前驅體的摩爾濃度不斷增大且錳前驅體的摩爾濃度不斷減小，得到三元前驅體顆粒；將所述三元前驅體顆粒和鋰前驅體混合，燒結，得到鈷含量從內到外漸增的低鈷正極材料；所述低鈷正極材料具有含量低其結構穩定的優勢，有利于提升鋰離子電池的電學性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種低鈷正極材料及其制備方法和應用。

背景技術

低鈷材料是鋰離子電池目前降本的主要方案，但是鈷元素降低的同時會帶來電化學性能及加工性能的惡化，比如：壓密降低，容量降低，低溫性能惡化，高溫循環電阻增加顯著；因此，在降本的同時保證性能是一大難題，為了滿足項目電化學性能及加工性能，業界量產的NCM鈷含量普遍不低于0.12mol％(以過渡金屬為基準)。其性能受到Ni、Co和Mn三種元素含量的顯著影響，提其中高Co含量有助于增加材料的有序性，另外低鈷材料在燒結制備時候就會發生較嚴重的Li⁺/Ni²⁺混排，降低材料初始容量發揮，同時在循環過程中體相和表面相變進一步嚴重，形成巖鹽相，會大大惡化低鈷材料循環性能。

因此，低鈷材料需要解決動力學惡化，電阻惡化，循環惡化等一系列問題。

為了解決這個問題的研究和報道有很多。CN112678883A公開了一種組分濃度可控的表面富鈷型三元低鈷正極材料的制備方法。該發明采用借助微乳液油/水(o/w)體系，通過控制水相油相比例來調控金屬鹽的沉淀速率，進而將富鈷前驅體均勻地沉淀到已制成的低鈷型前驅體表面，可以得到不同包覆厚度的低鈷型正極材料前驅體，同時通過在內核和外層之間增加金屬銀膜，然后再與鋰源反應，可得到組分、濃度可控的表面富鈷型三元低鈷正極材料的鋰電池正極材料。該發明制備方法簡單，制備得到的材料具有包覆均勻可控，成本低，電化學性能優異等優點。CN111403728A公開了一種高鎳低鈷共沉覆鎂正極材料的制備方法。所述方法包括：將鎳鹽、鈷鹽和錳鹽共溶于氯化氫水溶液中，攪拌條件下加入檸檬酸，隨后加入堿液調節pH值至堿性，得到混合液；對混合液進行加熱干燥得到凝膠；將所得凝膠置于氨水中浸漬，進行溶劑置換和陳化，得到陳化凝膠；將所得陳化凝膠進一步干燥得到干凝膠，并研磨得到凝膠粉；將所得凝膠粉加入至鎂鹽溶液中，對其進行微波處理，得到插鎂粉體；對插鎂粉體進行煅燒處理，即得到高鎳低鈷共沉覆鎂正極材料。該發明方法能夠制備得到具有較高克容量的鎂正極材料；所制得鎂正極材料具有良好的循環性能；能夠通用于鋰電池和鎂電池，均具有較優的使用效果。CN108767239A公開了一種高鎳低鈷三元正極材料及其制備方法，該材料化學通式為Li[NiCoMn]MO，x為摩爾百分比，0.01≤x≤0.05，M為Sc、Y、Zr、Ti、Mg或Al中的一種或幾種組合。制備方法為采用共沉淀法制備前驅體，再采用簡單的固相法合成含有過量鋰同時摻雜M離子的正極材料，產品成本低廉，其制備方法簡單，便于控制；原料來源廣泛，易于工業化生產，制得的材料結晶度良好，無雜相，而且顆粒細小且分布均勻，同時具有高放電比容量和優異的循環性能。

但是，上述專利提供的低鈷材料的制備方法相對復雜，且制備得到的低鈷材料的穩定性也有待提升。

因此，開發一種制備工藝簡單的低估材料的制備方法，得到結構穩定的低估材料，是本領域技術人員目前急需要解決的技術問題。

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低鈷正極材料及其制備方法和應用；所述制備方法包括：將鎳前驅體、鈷前驅體、錳前驅體、沉淀劑和絡合劑不斷加入反應釜進行反應，在加入反應釜后，使得反應釜中的鎳的摩爾濃度保持不變，鈷的摩爾濃度不斷增大且錳的摩爾濃度不斷降低，得到三元前驅體顆粒；將得到的三元前驅體顆粒和鋰前驅體混合，燒結，得到所述低鈷正極材料；所述低鈷正極材料中鈷的含量從顆粒內部到外部呈梯度式漸增，進而可以使得得到的低鈷正極材料內總的鈷含量較低的同時保證其結構穩定，改善了低鈷材料表面容易相變的問題，具有重要的研究價值。