[发明专利]一种无钴正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种无钴正极材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将钛酸锂和金属源混合，一次烧结处理后加入碳源，经二次烧结处理得到碳包覆‑金属掺杂型钛酸锂添加剂；(2)将锂源和Ni_xMn_y(OH)₂混合，经高温处理得到基体材料；(3)将步骤(1)得到的碳包覆‑金属掺杂型钛酸锂添加剂和步骤(2)得到的基体材料混合后进行热处理得到所述无钴正极材料。本发明采用改性钛酸锂来提高材料导电性，掺杂型钛酸锂可以在不影响纯钛酸锂本身结构前提下提高材料导电性，包覆后也可以提高材料导电性。此外钛酸锂材料为零应变材料，对无钴正极材料包覆后可以提升材料的循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池，涉及一种无钴正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池具有高能量密度、较好的循环性能等优点，已经被广泛地应用到汽车、电子产品等各个领域。正极材料作为锂离子电池的核心材料，正极材料的性能直接就影响了锂离子电池的性能。常见的正极材料包括钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍酸锂等，现在发展前景比较好的为三元正极材料，例如NCM(Ni_xCo_yMn_z)，NCA(Ni_xCo_yAl_z)等，三元材料具有高密度、较好的循环寿命等优点。但是钴元素作为战略性资源，不但价格高昂而且对环境造成污染，这些不利因素直接限制了三元材料的发展。

无钴层状正极材料不但摆脱了钴元素的制约，而且具有较高的可逆比容量、价格低廉等优势，越来越受到能源行业的青睐。但是Co元素的缺失会直接导致三元材料导电性下降，而且也会导致结构的不稳定，这就导致了电池的容量低，寿命减少等问题。

CN111599999A公开了一种无钴正极材料、其制备方法及锂离子电池其所述制备方法包括：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。其所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。但是制得的无钴正极材料的离子导电性降低，DCR增加，使电池的电性能变差。

CN112186158A公开了一种正极复合材料，所述正极复合材料包括无钴正极材料及形成在其表面的复合碳包覆层，其所述无钴正极材料的粒径为3～5μm，粒径在该范围内的无钴正极材料更利于复合碳进行包覆。复合碳中选择石墨烯，能够有效提高无钴正极材料的离子电导率，正极复合材料还能有效隔离电解液，减少副反应的发生，提高了材料的首次充放电容量。但是其所述正极材料的循环性能较差。

上述方案存在有DCR高或循环性能差的问题，因此，开发一种材料的DCR低且循环性能好的无钴正极材料是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无钴正极材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将钛酸锂和金属源混合，一次烧结处理后加入碳源，经二次烧结处理得到碳包覆-金属掺杂型钛酸锂添加剂；(2)将锂源和Ni_xMn_y(OH)₂混合，经高温处理得到基体材料；(3)将步骤(1)得到的碳包覆-金属掺杂型钛酸锂添加剂和步骤(2)得到的基体材料混合后进行热处理得到所述无钴正极材料。本发明采用改性钛酸锂来提高材料导电性，掺杂型钛酸锂可以在不影响纯钛酸锂本身结构前提下提高材料导电性，包覆后也可以提高材料导电性。此外钛酸锂材料为零应变材料，对无钴正极材料包覆后可以提升材料的循环性能。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种无钴正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将钛酸锂和金属源混合，一次烧结处理后加入碳源，经二次烧结处理得到碳包覆-金属掺杂型钛酸锂添加剂；