[发明专利]无钴正极材料、其制备方法及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种无钴正极材料、其制备方法及锂离子电池。该制备方法包括：将锂源材料与无钴前驱体进行第一烧结处理，得到烧结产物；使烧结产物破碎至1～2μm，得到无钴单晶材料；及将无钴单晶材料、硼包覆剂及碳包覆剂进行第二烧结处理，得到无钴正极材料。采用上述方法制得无钴正极材料具有结构稳定、电容量高、电流倍率性能优和循环性能好等优点。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体而言，涉及一种无钴正极材料、其制备方法及锂离子电池。

背景技术

不含钴的正极材料是锂离子电池领域较为关注的对象，其中，镍锰层状材料因具有能量密度高、成本较低及循环性能好等优势，已经成为近年来的研究热点。但研究发现镍含量较高(摩尔百分比大于80％)的镍锰层状结构存在结构不稳定、安全性较差、循环性能较差、碱性高及与电解液之间的副反应多导致产气等问题，这导致镍锰层状材料的实际应用受到限制。

由于镍锰正极材料中不含有钴元素，且镍元素含量低、锰元素含量高，因此该材料的导电性较差，容量会比较低。根据现有文献可知，采用掺杂Ti的LiNi_0.5Mn_0.5-xTi_xO₂可以在一定程度上改善正极材料的导电性，将电容量从150mAh/g提升到180mAh/g，但此电容量仍远低于目前高镍正极材料的200～210mAh/g等。另一篇现有文献也提供了一种LiNi_0.5Mn_0.5O₂材料的改进方法，其包括通过掺杂硅元素，正极材料的电容量可以提升至192mAh/g，但循环性能还不理想，100周循环保持率最高只有78％。

鉴于上述问题的存在，有必要研发一种电容量高和循环性能好的无钴正极材料。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种无钴正极材料、其制备方法及锂离子电池，以解决现有锂离子电池正极材料存在电容量高，但循环性能较差的问题。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种无钴正极材料的制备方法，该制备方法包括：将锂源材料与无钴前驱体进行第一烧结处理，得到烧结产物；使烧结产物破碎至1～2μm，得到无钴单晶材料；及将无钴单晶材料、硼包覆剂及碳包覆剂进行第二烧结处理，得到无钴正极材料。

进一步地，第一烧结处理过程包括：将锂源材料与无钴前驱体进行第一混合处理，得到第一混合物；在空气或氧气气氛存在下，使第一混合物进行烧结，得到烧结产物；优选地，第一混合处理过程在2000～3000rpm的搅拌速度下进行，混合时间为5～20min。

进一步地，第一烧结处理过程的温度为700～1200℃，烧结时间为5～15h；优选地，第一烧结处理过程的温度为900～1000℃。

进一步地，锂源材料中Li元素的摩尔数与无钴前驱体中Ni元素和Mn元素的摩尔数之和的比值为(0.95～1.10):1。

进一步地，锂源材料为氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂、氧化锂、硝酸锂和草酸锂组成的组中的一种或多种；无钴前驱体为Ni_1-xMn_x(OH)₂所示的化合物，且0.45≤x≤0.55；硼包覆剂选自硼酸、氧化硼、硝酸硼和偏硼酸组成的组中的一种或多种，碳包覆剂选自蔗糖、葡萄糖、PEG和TiC组成的组中的一种或多种。

进一步地，第二烧结处理过程包括：使无钴单晶材料与硼包覆剂及碳包覆剂进行第二混合处理，得到第二混合物；将第二混合物进行烧结，得到无钴正极材料；优选地，制备方法还包括：将第二烧结处理过程得到的产物进行筛分，以去除粒度≤0.2μm的颗粒和粒度≥6μm的颗粒，得到无钴正极材料；优选地，第二混合处理过程在2000～3000rpm的搅拌速度下进行，混合时间为10～20min。

进一步地，第二烧结处理过程的温度为300～900℃，处理时间为10～20min；优选地，无钴前驱体的D50为0.5～2μm。