[发明专利]锂离子电池的无钴正极材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明提供了锂离子电池的无钴正极材料及其制备方法和锂离子电池。所述无钴正极材料的通式为：Li_xNi_aMn_bR_cO₂，其中，1≤x≤1.15，0.5≤a≤0.95，0.02≤b≤0.48，0c≤0.05，R为铝或钨。由此，上述无钴正极材料中不含金属钴，可以有效降低正极材料的成本，而且无钴正极材料中的铝或钨可以更好地稳固正极材料的晶体结构，进而可以使得锂离子电池具有优异的倍率性能和循环性能，而且在高温高压的测试条件下仍能维持锂离子电池良好的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体的，涉及锂离子电池的无钴正极材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

目前，锂离子电池广泛使用的三元正极材料均包括Ni、Co、Mn三种金属元素，在这3种金属元素中，Co价格最高，资源最稀缺，因此，传统的三元正极材料价格比较高。

因此，关于锂离子电池的正极材料的研究有待深入。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种新型的无钴三元正极材料，该材料的制备成本较低或电池性能较佳。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种锂离子电池的无钴正极材料。根据本发明的实施例，所述无钴正极材料的通式为：Li_xNi_aMn_bR_cO₂，其中，1≤x≤1.15，0.5≤a≤0.95，0.02≤b≤0.48，0c≤0.05，R为铝或钨。由此，上述无钴正极材料中不含金属钴，可以有效降低正极材料的成本，而且无钴正极材料中的铝或钨可以更好地稳固正极材料的晶体结构，进而可以使得锂离子电池具有优异的倍率性能和循环性能，而且在高温高压的测试条件下仍能维持锂离子电池良好的循环稳定性。

根据本发明的实施例，R为所述钨时，0.03≤b≤0.48，0c≤0.02；R为所述铝时，0.02≤b≤0.45，1≤x≤1.10。

根据本发明的实施例，所述无钴正极材料满足以下条件至少之一：晶体为层状结构；六方晶系；R³m空间点群；形貌为单晶或多晶；晶粒尺寸为1～15微米。

根据本发明的实施例，所述无钴正极材料的RXD谱图中，I(003)/I(104)峰值比大于等于1.2。

根据本发明的实施例，所述无钴正极材料满足以下条件至少之一：比表面积为0.15～1.5m²/g；pH值小于等于12；残余碱含量为0.05wt％～0.7wt％；振实密度大于等于1.3g/cm³；松装密度大于等于0.9g/cm³；水分含量小于等于1000ppm；磁性物质杂质小于等于300ppb。

在本发明的另一方面，本发明提供了一种制备前面所述的无钴正极材料的方法。根据本发明的实施例，制备无钴正极材料的方法包括：将氢氧化锂和前驱体Ni_aMn_bR_c(OH)₂均匀混合，得到预混合物，其中，0.5≤a≤0.95，0.02≤b≤0.48，0c≤0.05，R为铝或钨；在含氧氛围中，使所预混合物在预定温度下进行反应，得到所述无钴正极材料。由此，上述方法制备的无钴正极材料中不含金属钴，可以有效降低正极材料的成本，而且无钴正极材料中的铝或钨可以更好地稳固正极材料的晶体结构，进而可以使得锂离子电池具有优异的倍率性能和循环性能，而且在高温高压的测试条件下仍能维持锂离子电池良好的循环稳定性。

根据本发明的实施例，所述预定温度为700℃～1000℃，反应的时间为10～20小时。

根据本发明的实施例，所述预定温度是通过逐渐升温达到的，其中，升温速率为1～5℃/min。