[发明专利]无钴层状正极材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

本发明提出了无钴层状正极材料及其制备方法、锂离子电池。该无钴层状正极材料为核壳结构，且形成核壳结构的外壳的材料包括氮化钛，形成核壳结构的内核的材料不包括钴且为单晶结构。本发明所提出的无钴层状正极材料，在不含钴的内核表面包覆高导电性的氮化钛，降低正极材料的价格成本的同时，还可使正极材料的倍率性能提升，从而使无钴正极材料的倍率性能更好。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，具体的，本发明涉及无钴层状正极材料及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

目前，三元正极材料在锂离子动力电池的应用越来越广泛。传统的三元正极材料中一般都含钴，而钴元素在三种元素中的价格是最高的，会导致三元正极材料的价格相对于LiFePO₄、LiMn₂O₄等其他正极材料明显高很多。所以，三元正极材料向着低钴化甚至无钴化方向发展。

虽然，无钴层状正极材料具有较高的容量和较低的成本，但是，无钴化反而使正极材料的导电性下降，进而影响到材料的倍率性能。

发明内容

本发明是基于发明人的下列发现而完成的：

本发明的发明人针对无钴正极材料存在导电性差、倍率性能差的技术问题，而提供了一种表面包覆有高导电性氮化钛的正极材料，不仅能提高无钴材料的表面导电性，同时还能降低无钴材料的表面阻抗，从而提高无钴材料的循环和倍率等电性能。

在本发明的第一方面，本发明提出了一种无钴层状正极材料。

根据本发明的实施例，所述无钴层状正极材料为核壳结构，且形成所述核壳结构的外壳的材料包括氮化钛，形成所述核壳结构的内核的材料不包括钴且为单晶结构。

本发明实施例的无钴层状正极材料，在不含钴的内核表面包覆高导电性的氮化钛，降低正极材料的价格成本的同时，还可使正极材料的倍率性能提升，从而使无钴正极材料的倍率性能更好。

另外，根据本发明上述实施例的无钴层状正极材料，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的实施例，形成所述内核的材料为LiNi_xMn_yO₂，其中，0.55≤x≤0.95，0.05≤y≤0.45。

根据本发明的实施例，形成所述内核的材料颗粒尺寸为1～5微米。

根据本发明的实施例，所述氮化钛的颗粒尺寸为50～500nm。

根据本发明的实施例，所述核壳结构中，所述氮化钛的含量为0.13～0.39％(wt)。

在本发明的第二方面，本发明提出了一种制备无钴层状正极材料的方法。

根据本发明的实施例，所述方法包括：提供内核材料，且所述内核材料不包括钴；在所述内核材料的表面包覆钛的化合物，其中，所述钛的化合物中为四价钛；将所述包覆后的所述内核材料进行氨气处理，以获得包覆有氮化钛的所述无钴层状正极材料。

采用本发明实施例的制备方法，先在内核材料表面包覆四价钛的化合物，再在氨气中处理成氮化钛的外壳，如此，在无钴内核材料的表面包覆上高导电性的氮化钛外壳，从而可使制备出的无钴层状正极材料的电性能更好，并且，该制备方法步骤简单且具有批量化生产的潜力。

另外，根据本发明上述实施例的方法，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的实施例，所述提供内核材料的步骤包括：对前驱体混合物进行煅烧处理，以获得所述内核材料，其中，前驱体混合物包括锂的前驱体和镍锰的前驱体，且所述煅烧处理为800～1000摄氏度下10～15小时。

根据本发明的实施例，所述钛的化合物包括二氧化钛和钛酸四丁酯中的至少一种。