[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）将锂源、无钴前驱体、镍源和锰源混合，得到基体材料；（2）将基体材料进行一次烧结、二次包覆烧结，得到无钴正极材料；其中，无钴前驱体的化学式为Ni_xMn_y(OH)₂，0.4≤x≤0.75，0.25≤y≤0.6，镍源包括氧化镍，锰源包括二氧化锰、四氧化三锰或氧化锰中的任意一种或至少两种的组合，镍源和锰源的摩尔比与无钴前驱体中的镍锰元素的摩尔比保持一致。本发明通过将镍锰氢氧化物前驱体与镍锰氧化物前驱体配合使用，使得无钴正极材料颗粒粒径分布均匀，且电化学性能有所提高。

技术领域

本发明属于锂离子电池的技术领域，涉及一种无钴正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着环境的持续恶化，以及化石燃料的逐渐匮乏，人类对能源的需求更多的向清洁化，便携化发展。由于锂离子二次电池无污染，储能大，易携带的优点，其被广泛应用于手机电池、计算机、摄像机等3C设备之中。随着技术的发展，高能量密度的锂离子电池越来越广泛的应用在混合式动力汽车，甚至纯电动汽车，为人们的出行提供动力。

镍锰钴酸锂三元正极材料具有能量密度大、循环性能好、安全环保等优点，是目前电池正极材料研究的一个重要方向。然而由于钴资源储存较少，造成了钴价格较贵，同时易被操控价格，且钴对环境污染较大。因此，无钴镍锰酸锂材料的开发在控制成本，增强市场耐受性方面有着巨大的优势，但由于缺乏钴的存在，无钴二元正极材料通常循环稳定性较差，为了提高材料的循环稳定性，同时降低材料循环过程中的产气风险，合成无钴单晶材料成为一种有潜力的解决方案。

现有技术中无钴正极材料通常直接用氢氧化物前驱体和碳酸锂混合进行烧结，烧结出材料粒径较小，类单晶或单晶合成困难，而用金属氧化物和碳酸锂直接混合进行烧结，成本较低，烧结出材料有粒径大的特点，但是颗粒均匀性较差，同时容量低。

CN103943844A公开了一种无钴富锂锰基正极材料及其制备方法和应用，所述正极材料化学式为Li_1+xNi_yMn_0.8-yO₂(0x1/3，0y0.8)。正极材料的制备过程：采用溶胶-凝胶法在乙醇或去离子水溶剂中制备前驱体，经低温预烧、球磨后，再经高温固相烧结得到所制备的正极材料。但是，所述方法得到的正极材料的锂离子导电性较差。

因此如何得到颗粒粒径分布均匀，且循环性能和容量均有所提高的正极材料，是急需解决的技术问题。

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。本发明通过将两种类型的镍锰前驱体混料后混合进行烧结，利用氧化物前驱体合成材料粒径大的特点来促进氢氧化物前驱体合成材料颗粒的增长，同时通过氢氧化物前驱体合成正极材料均匀性好、颗粒小来适当抑制金属氧化物合成正极材料颗粒偏大，同时分布不均匀的缺点，使得得到的无钴正极材料颗粒均匀，且电化学性能有所提高。

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）将锂源、无钴前驱体、镍源和锰源混合，得到基体材料；

（2）将步骤（1）所述基体材料进行一次烧结、二次包覆烧结，得到所述无钴正极材料；

其中，所述无钴前驱体的化学式为Ni_xMn_y(OH)₂，0.4≤x≤0.75，0.25≤y≤0.6，x+y=1，例如，所述x可以为0.4、0.5、0.6、0.7或0.75等，所述y可以为0.25、0.3、0.4、0.5或0.6等，所述镍源包括氧化镍，所述锰源包括二氧化锰、四氧化三锰或氧化锰中的任意一种或至少两种的组合，所述镍源和锰源的摩尔比与无钴前驱体中的镍锰元素的摩尔比保持一致。