[发明专利]梯度掺杂的无钴正极材料及其制备方法以及锂离子电池正极和锂电池

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，公开了一种梯度掺杂的无钴正极材料及其制备方法以及锂离子电池正极和锂电池。所述正极材料的组成由通式LiNi_xMn_yA_zO₂表示，0.55≤x≤0.95；0.05≤y≤0.45；0.005≤z≤0.02；其中，沿所述正极材料的表层至中心方向，所述元素A在所述正极材料中的含量呈递减趋势；所述元素A为Al、Zr、Ti、B和W中的一种或多种。该制备方法简单易行，对焙烧条件要求简单，以及该无钴正极材料具有良好的循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种梯度掺杂的无钴正极材料及其制备方法以及锂离子电池正极和锂电池。

背景技术

无钴正极材料LiNi_xMn_1-xO₂具有成本低、循环性能高等优势。为进一步提高其结构稳定性，需要进行掺杂。

CN106654222A公开了一种高镍正极材料及其制备方法以及锂离子电池，该方法包括：在高镍正极材料的前驱体中加入非金属掺杂剂，加入锂源并烧结后得到具有非金属元素掺杂的高镍正极材料。该方法可以使掺杂元素在材料中均匀分布。

目前，梯度掺杂具有一定的技术优势，既可以稳定材料的体相结构，又能对材料的表面进行修饰。通常梯度掺杂主要在前驱体中掺杂，在前驱体合成过程中，通过控制掺杂剂的加入量，形成掺杂元素的梯度掺杂。

但是，当梯度掺杂的前驱体和锂盐混合后进行高温处理时，在前驱体中形成的梯度元素易于趋向均匀分布，达不到梯度掺杂的目的，另外，此种方法对焙烧条件要求非常苛刻。

因此，研究和开发一种梯度掺杂的无钴正极材料具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的掺杂元素趋向均匀分布的缺陷问题，以及制备过程中对焙烧条件要求苛刻的问题，提供了一种梯度掺杂的无钴正极材料及其制备方法以及锂离子电池正极和锂电池，该制备方法简单易行，且该无钴正极材料具有良好的循环性能。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种梯度掺杂的无钴正极材料，所述正极材料的组成由通式LiNi_xMn_yA_zO₂表示，0.55≤x≤0.95；0.05≤y≤0.45；0.005≤z≤0.02；其中，沿所述正极材料的表层至中心方向，所述元素A在所述正极材料中的含量呈递减趋势；

其中，所述元素A为Al、Zr、Ti、B和W中的一种或多种。

根据本发明，以所述正极材料的总重量为基准，所述元素A在所述正极材料的表层的含量为0.2-2重量％，在所述正极材料的中心的含量为0.05-0.2重量％。

根据本发明，优选地，以所述正极材料的总重量为基准，所述元素A在所述正极材料的表层的含量为0.2-1重量％，在所述正极材料的中心的含量为0.05-0.1重量％。

根据本发明，以所述正极材料的总重量为基准，Al的总含量为0.1-1重量％，Zr的总含量为0.1-2重量％，Ti的总含量为0.1-2重量％，B的总含量为0.1-1.5重量％，W的总含量为0.1-2重量％。

根据本发明，进一步优选地，以所述正极材料的总重量为基准，Al的总含量为0.5-1重量％，Zr的总含量为0.5-1重量％，Ti的总含量为0.5-0.8重量％，B的总含量为0.5-1重量％，W的总含量为0.5-1.5重量％。

根据本发明，所述正极材料为单晶材料。

根据本发明，优选地，所述正极材料的平均粒径为1-5μm，更优选3-4μm。

本发明第二方面提供了一种梯度掺杂的无钴正极材料的制备方法，其中，所述方法包括：