[發(fā)明專利]一種無鈷正極材料及其制備方法和應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2022-04-20
• 公開（公告）號: CN114665097A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭豐;喬齊齊;李子郯;楊紅新;施澤濤;王鵬飛
• 申請（專利權(quán)）人: 蜂巢能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京遠(yuǎn)智匯知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11659
• 代理人: 牛海燕

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，所述無鈷正極材料包括無鈷內(nèi)核和設(shè)置于所述無鈷內(nèi)核表面的鋰沸石包覆層，所述鋰沸石包覆層包括二氧化硅、氧化鋁和鋰鹽，所述二氧化硅和氧化鋁的摩爾比為(0.5～2):1，本發(fā)明在無鈷正極材料表面設(shè)置鋰沸石包覆層，可以提高無鈷正極材料的循環(huán)穩(wěn)定性和離子導(dǎo)電性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)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)

可再生能源的循環(huán)利用成為未來能源結(jié)構(gòu)不可缺失的重要路徑。作為目前最為合理和轉(zhuǎn)換效率較高的儲存和轉(zhuǎn)換介質(zhì)，電池的發(fā)展成為各國技術(shù)競爭的主戰(zhàn)場。但是，目前來說電池的制造過程也是依賴于各種金屬元素，這些金屬元素或是價(jià)格昂貴或是開采過程環(huán)境污染大，尤為突出的就是Co元素。因此，在后續(xù)的電池開發(fā)特別是占整個(gè)電池原材料成本30％的正極材料必須剔除鈷這中元素，因此開發(fā)無鈷正極材料是一種趨勢。

CN113725424A公開了一種無鈷正極材料及其制備方法和應(yīng)用。所述無鈷正極材料包括內(nèi)核和包覆于內(nèi)核表面的包覆層；所述內(nèi)核為無鈷正極基體材料，所述無鈷正極基體材料為層狀單晶材料，所述無鈷正極基體材料的化學(xué)式為 Li_aNi_xMn_yO₂，1≤a≤1.2，0.5＜x＜1，x+y＝1；包覆層包括金屬碳復(fù)合包覆層。

CN114094059A公開了一種復(fù)合納米層包覆的無鈷單晶正極材料及其制備方法。該制備方法，包括以下步驟：將無鈷前驅(qū)體與鋰源混合均勻，高溫退火后，粉碎過篩得到無鈷基體材料一；將無鈷基體材料一與含鎢化合物混合均勻，高溫煅燒后，得到Li₂WO₄包覆的無鈷基體材料二；將無鈷基體材料二分散到含鋯源和釩源的包覆溶液中，攪拌直至蒸干，然后高溫煅燒，制備得到Li₂WO₄及 W摻雜ZrV₂O₇復(fù)合納米層包覆的無鈷單晶正極材料。

上述方案所述無鈷正極材料制得電池在循環(huán)過程中存在過渡金屬溶解，這是由于在電池循環(huán)過程中，存在電解液分解產(chǎn)生HF等腐蝕性酸，會侵蝕正極材料導(dǎo)致正極材料溶解，從而降低電池的循環(huán)壽命和容量，相對應(yīng)的無鈷正極材料過渡金屬Ni和Mn的存在必然也會存在相同問題，因此有效改善過渡金屬流失將有助于改善電池的循環(huán)穩(wěn)定性。

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，本發(fā)明在無鈷正極材料表面設(shè)置鋰沸石包覆層，可以提高無鈷正極材料的循環(huán)穩(wěn)定性和離子導(dǎo)電性。

為達(dá)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，所述無鈷正極材料包括無鈷內(nèi)核和設(shè)置于所述無鈷內(nèi)核表面的鋰沸石包覆層，所述鋰沸石包覆層包括二氧化硅、氧化鋁和鋰鹽，所述二氧化硅和所述氧化鋁的摩爾比為(0.5～2):1，例如： 0.5:1、1:1、1.2:1、1.5:1或2:1等。

本發(fā)明在無鈷正極材料表面設(shè)置鋰沸石包覆層，鋰沸石包覆層中存在這 SiO₂和Al₂O₃，這些材料能夠有效地改善正極材料的高溫性能，阻擋電解液產(chǎn)生的HF與正極材料的接觸，從而減緩了過渡金屬的溶解過程，從而提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性。

電解液分解是由于在局部高電壓情況下電解液中有機(jī)分子不穩(wěn)定性分解產(chǎn)生腐蝕性物質(zhì)，而電池循環(huán)過程中SEI膜的快速形成有助于緩解這一過程，鋰沸石有助于SEI快速形成，從而進(jìn)一步阻擋后期電解液對正極侵蝕過程。鋰沸石包覆的無鈷正極材料建立了正極-鋰沸石-SEI-電解液特殊通道，這有助于提高鋰離子的遷移速率從提高電池的離子導(dǎo)電性，減緩后期鋰堆積對結(jié)構(gòu)造成的破壞，進(jìn)一步提升了材料的循環(huán)穩(wěn)定性。

優(yōu)選地，所述無鈷內(nèi)核的二軸平均徑D2為1.2～3.6μm，例如：1.2μm、1.6μm、 2μm、2.5μm、3μm或3.6μm等。