[發明專利]一種無鈷無錳正極材料及其制備方法與用途

在審

• 申請號: 202210150324.8
• 申請日: 2022-02-18
• 公開（公告）號: CN114512663A
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 白艷;張樹濤;李子郯;王濤;王壯;王亞州;馬加力;孫裴;宋寶玉;陳素杰;楊紅新
• 申請（專利權）人: 蜂巢能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京遠智匯知識產權代理有限公司 11659
• 代理人: 牛海燕

本發明提供了一種無鈷無錳正極材料及其制備方法與用途。所述無鈷無錳正極材料的化學通式為Li_mNi_xAl_yTi_zMg_nO₂，其中，1.01≤m≤1.08，0.95≤x≤0.99，0.010≤y≤0.030，0.010≤z≤0.025，0.010≤n≤0.025，x+y+z+n＝1。本發明提供的正極材料，為超高鎳的無鈷無錳正極材料，通過超高鎳與鋁鎂鈦的協同作用，具有較好的結構穩定性，鋰鎳混排程度較低，實現了正極材料的高容量，同時也提高了材料的循環穩定性。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，涉及一種無鈷無錳正極材料及其制備方法與用途。

背景技術

鋰離子電池由于具有質量輕、體積小、比容量高和循環壽命長等優勢，在便攜式數碼產品、通訊工具以及電動汽車等領域中廣泛應用。鋰離子電池正極材料在鋰離子電池中起著關鍵作用，鋰離子電池的迅猛發展，對正極材料提出了更高的要求。高鎳正極材料(Ni≥0.8)具有理論比容量較高(約280mAh/g)及含鈷量較少等優點，近年來引起人們的廣泛關注，有望成為新一代首選的鋰離子二次電池正極材料，但以高鎳正極材料為正極材料的鋰離子電池的實際比容量、循環性能、使用壽命均有待提高。

高鎳正極材料具有容量高的優點，可以提高電芯的能量密度，但隨鎳含量的提高，正極材料的鋰鎳混排程度加劇，純鎳酸鋰理論放電比容量為247mAh/g，但因其制造條件苛刻，如從前驅體中的Ni²⁺到鎳酸鋰中Ni³⁺存在較大能量勢壘，需在高溫(780～830℃)合成鎳酸鋰，而鎳酸鋰在≥720℃易分解，導致合成的鎳酸鋰中存在Ni²⁺，Ni²⁺越多，則鋰鎳混排越嚴重，使得正極材料在充放電過程中容易塌陷，阻礙鋰離子的脫嵌，進而降低鎳酸鋰正極材料的電化學性能，且產物中不可避免的Ni²⁺存在導致形成非化學計量比的鎳酸鋰產物，因此純鎳酸鋰實際放電比容量在180～220mAh/g且一直未實現商業化。此外，鈷和錳的使用存在諸多問題例如：資源短缺、高成本、高毒性等。

CN104393277A公開了一種表面包覆金屬氧化物的鋰離子電池三元正極材料的制備方法，該方法包含：①將可溶金屬鹽加入高分子聚丙烯酰胺作為分散劑的溶液中均勻分散，②將三元正極材料粉末加入到上述溶液中攪拌混合；③在混合溶液加入堿金屬氫氧化物的水溶液，調節溶液的pH值至9-12，沉淀后過濾，烘干，得到表面包覆氫氧化物的正極材料；④再將上述表面包覆氫氧化物的正極材料，在400～700℃下熱處理，得到表面包覆金屬氧化物的三元正極材料。又CN108777296A公開了一種高鎳三元正極材料表面改性層形成方法，在高鎳三元正極材料的內核上包覆兩種表面改性物質，其中一種為氧化釔穩定氧化鋯，另外一種選自金屬氧化物、金屬氟化物、金屬磷酸鹽或者C，表面改性物質包覆于本體材料表面，減少了高鎳三元正極材料與電解液的副反應，抑制了三元正極材料的不可逆容量損失。雖然類似的金屬氧化物包覆改性處理都能在一定程度上提高正極粉末的循環性能和熱穩定性，但也會帶來負面效果，因為包覆的金屬氧化物為惰性材料，抑制了鋰離子和電子的傳輸，且鈷和錳的使用也存在資源短缺、高成本、高毒性等問題。

因此，如何減少鈷和錳的使用以及得到高容量的正極材料，是亟待解決的技術問題。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種無鈷無錳正極材料及其制備方法與用途。本發明提供的正極材料，為超高鎳的無鈷無錳正極材料，具有較好的結構穩定性，鋰鎳混排程度較低，實現了正極材料的高容量，同時也提高了材料的循環穩定性。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：