[发明专利]一种层状无钴正极材料、其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明公开了一种层状无钴正极材料、其制备方法和锂离子电池。所述方法包括：将锂盐、镍源、锰源、掺杂剂与溶剂混合后，进行湿法球磨，得到混合浆料；采用所述的混合浆料进行喷雾干燥，得到前驱体；对所述的前驱体在含氧气氛中进行一次煅烧，得到层状无钴正极材料，所述层状无钴正极材料的化学通式为Lisubgt;a/subgt;Nisubgt;b/subgt;Mnsubgt;c/subgt;Msubgt;d/subgt;Osubgt;2/subgt;，其中1.0≤a≤1.2，0≤b≤1.0，0≤c≤1.0，b+c＝1，0d≤0.1。本发明通过采用上述特定种类的掺杂元素取代昂贵的钴元素，配合湿法球磨和喷雾干燥工艺，不仅可以实现体相掺杂，使材料在晶体形成时，c轴增大，层状更明显，减少锂镍混排，提高材料稳定性，获得优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种层状无钴正极材料、其制备方法和锂离子电池。

背景技术

全球能源问题日益严重，环境问题也日渐突出。开发新型高效的能源技术以及新的能源材料成为解决社会能源环境问题的重要方式。锂离子电池这一清洁高效的能源装置受到广泛的关注，锂离子电池由于具有能量密度高、循环性能好等优点被广泛应用于电子产品、汽车、航天等各个领域。随着人们对锂离子电池的环保、续航、寿命等要求越来越高，电池的设计和优化也越来越重要。而新能源汽车的发展对动力电池比能量的提升和成本的下降需求紧迫。

目前磷酸铁锂电池比能量已经趋于极限，高容量层状结构正极材料合成成本高。而传统的层状结构正极材料的合成工艺都要经过共沉淀合成前驱体，然后混锂煅烧得到目标产品，例如，按照下述方式共沉淀合成前驱体：先选用硫酸盐为原料，加入合适的沉淀剂，通过控制溶液的酸碱度、搅拌温度与速度、反应时间以及溶液浓度等得到沉淀物。该工艺的缺点是产生较多的工业废水，合成工艺步骤较多，成本较高，且在前驱体与锂盐混合掺杂时不均匀，很多元素并不能掺进晶格内部。通常，共沉淀阶段会有专业的公司生产前驱体，再将前驱体卖给正极材料厂，中间经过很多步骤、同时也增加了很多运输成本。且大部分正极材料厂家在合成层状正极材料时只能通过界面掺杂来稳定结构，缺点是循环过程中会衰减很快。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种层状无钴正极材料、其制备方法和锂离子电池。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种层状无钴正极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将锂盐、镍源、锰源、掺杂剂与溶剂混合后，进行湿法球磨，得到混合浆料；

(2)采用所述的混合浆料进行喷雾干燥，得到前驱体；

(3)对所述的前驱体在含氧气氛中进行一次煅烧，得到层状无钴正极材料，所述层状无钴正极材料的化学通式为Li_aNi_bMn_cM_dO₂，其中1.0≤a≤1.2，0≤b≤1.0，0≤c≤1.0，b+c＝1，0d≤0.1；

其中，掺杂剂中的掺杂元素M选自Ta、Rb、Sr、Zr、Na、Cs、Y、W、B、Nb、Ba、Mo和P中的至少一种。

本发明的方法制备得到的层状无钴正极材料中，a例如可以是1.0、1.05、1.1、1.05、1.1或1.2等，b例如可以是0、0.1、0.2、0.3、0.5、0.7、0.8或1.0等，c例如可以是0、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.8或1.0等，d例如可以是0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.008、0.01、0.015、0.017、0.02、0.025、0.03、0.035、0.04、0.045、0.05、0.055、0.06、0.065、0.07、0.075、0.08、0.085、0.09或0.1等，d优选为0.002～0.01。