[發明專利]一種無鈷正極材料及其制備方法與鋰離子電池

在審

• 申請號: 202210408422.7
• 申請日: 2022-04-19
• 公開（公告）號: CN114715955A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 劉雙祎;鄧多;陳敏;唐澤勛;商士波
• 申請（專利權）人: 湖南桑瑞新材料有限公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 長沙楚為知識產權代理事務所(普通合伙) 43217
• 代理人: 陶祥琲

一種無鈷正極材料及其制備方法與鋰離子電池。無鈷正極材料的分子式為Li_1+nNi_xMn_yM_zO₂，其中：x+y+z＝1，0.5≤x＜1.0，0＜y＜0.5，0≤z≤0.1，?0.1≤n≤0.5；M為除Co外的Al、Mg、Sr、Ti、Fe、Sc、V、Y、Zr、Nb、Mo中一種或多種。制備方法包括如下步驟：將包括鎳源、錳源、鋰源、M源、成核劑氧化石墨烯水凝膠、沉淀劑和絡合劑在內的原料混合制成混合溶液，在原料混合溶液水熱過程中施加微波場；保護氣氛下水熱反應得到正極材料過程樣；過程樣在含氧氣氛中燒結得到所述無鈷正極材料。本發明通過調控微觀形貌，優化制備工藝，使材料性能提升，同時節省了成本，又簡化了制程；采用本發明的無鈷正極材料制得的鋰電池，具有優異的化學穩定性和電性能。

技術領域

本發明涉及一種正極材料，具體涉及一種無鈷正極材料及其制備方法與鋰離子電池，屬于鋰離子電池無鈷正極材料技術領域。

技術背景

鋰離子電池作為新型“綠色環保”電池，以其優越的性能在越來越多的領域得到越來越廣泛的應用。鋰離子電池在快速發展的同時，也面臨著更多的挑戰。隨著各領域技術的不斷發展，原有的鋰離子電池體系已無法滿足其需要，因此針對不同領域的要求，研究性能不同的鋰離子電池是未來研究者的關鍵工作。

鋰離子電池的加速發展和廣泛應用，加之原材料價格的不斷上漲，要求電化學性能更加優越且性價比更高的正極材料。從最初的單組分正極材料到二元復合正極材料，再到多元復合正極材料，研究者進行了大量的研究，付出了眾多心血，推進了鋰離子電池正極材料的發展。去“鈷”化層狀正極材料因其成本優勢和性能優勢使其極具性價比已成為研究的熱點之一。

但層狀正極材料去鈷化，會導致以下問題：(1)電子電導率差、鋰離子遷移速度緩慢等缺陷嚴重影響了其容量的發揮和循環的穩定性；(2)內阻較大導致低溫電性能差；(3)錳離子價態的多變性以及二價鎳離子的難氧化性等問題導致鋰鎳混排嚴重；(4)常、高壓容量發揮差異大導致應用困難等。

現有技術合成無鈷正極材料常用的方法是固相法，通過摻雜、包覆等手段，但增加了成本和繁瑣的操作工藝，且研究者通常只注意到原材料，而忽略對微觀的研究。只有掌握各部分組分對目標產物的影響，才能找到最佳的實驗條件，合成理想的目標產物。

本發明擬提供一種通過調控微觀形貌，優化制備工藝，能提高材料性能又能節省成本，簡化制程的無鈷正極材料的制備方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種通過調控微觀形貌，優化制備工藝，能提高材料性能又能節省成本，簡化制程的無鈷正極材料的制備方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一方面，本發明提供一種無鈷正極材料的制備方法，所述無鈷正極材料的分子式為Li_1+nNi_xMn_yM_zO₂，其中，x+y+z＝1，0.5≤x＜1.0，0＜y＜0.5，0≤z≤0.1，-0.1≤n≤0.5。其中：當z＝0時，無鈷正極材料中不含有M元素；當0＜z≤0.1，M為除Co外的Al、Mg、Sr、Ti、Fe、Sc、V、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Ta、W、B、Si、P、Sn、Tl、Ga、Ge、La、Ce中的一種或多種。

所述制備方法具體包括如下步驟：

(1)將包括鎳源、錳源、鋰源、M源、成核劑、沉淀劑和絡合劑在內的原料混合制成混合溶液，在原料混合溶液水熱過程中施加微波場，引導分散、加快反應進程；在保護氣氛下，100-400℃水熱反應0.05-2h得到正極材料過程樣；其中：

所述成核劑為氧化石墨烯水凝膠，所述氧化石墨烯水凝膠濃度為0.01-2mol/L；所述微波場的頻率為1-10GHz；功率200-500W；