[發明專利]一種無鈷富鋰材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210730045.9
• 申請日: 2022-06-24
• 公開（公告）號: CN114940520A
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 王鵬飛;喬齊齊;施澤濤;郭豐;李子郯;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: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/131;H01M4/505;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: 韓承志

本發明提供了一種無鈷富鋰材料及其制備方法和應用，所述制備方法包括以下步驟：(1)將無鈷鎳錳前驅體和碳酸源混合，經一步煅燒得到一燒材料；(2)將步驟(1)得到的一燒材料和鋰源混合，經研磨處理后進行二步煅燒得到二燒材料；(3)對步驟(2)得到的二燒材料進行水洗處理，得到所述無鈷富鋰材料；其中，步驟(1)所述碳酸源包括碳酸鈉和/或碳酸鉀，本發明在無鈷富鋰材料中引入鈉離子和/或鉀離子以及氟離子，可以明顯提高材料的庫倫效率以及倍率性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，涉及一種無鈷富鋰材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著科技動力電池市場發展，發展高能量密度和高功率密度化學電源體系的任務迫在眉睫。為了滿足動力電池領域和新能源儲能電池領域的發展需求，研發出新的具有更高電性能電池就顯得比較重要。由于電池的電性能在很大程度上是由正極決定的，所以鋰離子電池性能的發展離不開研發具有放電容量大，工作電壓平臺高以及安全性能好的正極材料。

目前商品化正極材料的放電容量大多不超過200mAh/g，工作電壓一般不超過4.3V。這些目前都不能滿足未來鋰電池發展所要達到的能量密度要求。具有高電壓和高容量的富鋰正極材料Li₂MnO₃-LiMO₂(M＝Mn，Co，Ni)，其工作電壓范圍為2.0-4.8V放電比容量超過250mAh/g的正極材料，已成為正極材料研究的熱點之一。但是其首次庫倫效率低、電壓衰減嚴重、循環性能差、倍率性能差和壓實密度低制約了富鋰材料的發展。

CN113782748A公開了一種改性無鈷富鋰正極材料、其制備方法及應用，其所述改性無鈷富鋰正極材料包括內核和包裹所述內核的金屬酸鋰層，所述內核為摻雜金屬離子的無鈷富鋰正極顆粒。

CN113707860A公開了一種無鈷富鋰正極材料、其制備方法和用途，所述制備方法包括：錳源與Ni-MOF混合進行一次煅燒得到鎳錳基體，鎳錳基體與鋰源混合進行二次煅燒得到鎳錳酸鋰基體，鎳錳酸鋰基體與鋯源混合進行三次煅燒，制備得到所述無鈷富鋰正極材料。

上述方案所述無鈷富鋰正極材料存在有首次庫倫效率低、電壓衰減嚴重、循環性能差、倍率性能差和壓實密度低的問題，極大程度制約了富鋰材料的發展。

發明內容

本發明的目的在于提供一種無鈷富鋰材料及其制備方法和應用，本發明在無鈷富鋰材料中引入鈉離子和/或鉀離子以及氟離子，可以明顯提高材料的庫倫效率以及倍率性能。

為達到此發明目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供了一種無鈷富鋰材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

(1)將無鈷鎳錳前驅體和碳酸源混合，經一步煅燒得到一燒材料；

(2)將步驟(1)得到的一燒材料和鋰源混合，經研磨處理后進行二步煅燒得到二燒材料；

(3)對步驟(2)得到的二燒材料進行水洗處理，得到所述無鈷富鋰材料；

其中，步驟(1)所述碳酸源包括碳酸鈉和/或碳酸鉀。

優選地，步驟(1)所述無鈷前驅體的化學式為Ni_aMn_bO₂，其中，0.3≤a≤0.5，0.5≤b≤0.7，a+b＝1。

本發明通過熔巖離子交換高溫固相法制備無鈷富鋰正極材料，通過引入鈉離子和/或鉀離子增大了層間距，有利于鋰離子的嵌入/出，有利于容量發揮。

優選地，所述碳酸源為碳酸鈉。

優選地，所述碳酸源中的金屬離子與所述無鈷鎳錳前驅體中金屬離子的摩爾比為1:(1.1～1.4)，例如：1:0.1、1:1.15、1:1.2、1:1.3或1:1.4等。