[发明专利]一种无钴正极材料的制备方法

说明书

本发明提供的一种无钴正极材料的制备方法，包括：通过共沉淀法得到A类金属离子(Zr⁴⁺、Ti⁴⁺、W⁶⁺、Mo⁶⁺)表面集中分布和B类金属离子(Mg²⁺、Ca²⁺、Al³⁺、Fe³⁺)均匀分布的氢氧化物前驱体；将氢氧化锂与得到的氢氧化物前驱体按照锂配比为1.03～1.08混合均匀后进行固相烧结。烧结过程中部分A类金属离子扩散到材料表面与氢氧化锂反应形成快离子导体保护层，而其余的A类金属离子和B类金属离子一同稳定无钴正极材料的层状结构。本发明方法工艺简单，易于工业化生产，能有效降低电解液与正极材料之间的副反应，稳定材料的层状结构，进而提高无钴正极材料的循环稳定性和倍率性能。

技术领域

本发明涉及无钴正极材料领域，具体涉及一种含锂化合物包覆、离子掺杂的无钴正极材料的制备方法。

背景技术

车用锂离子电池成本面临的挑战主要与正材料价格飞涨和过渡金属(TMs)需求增加有关，特别是金属钴(Co)，它是LiCoO₂、LiNi_xMn_yCo_1–x–yO₂、LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂等商业化的层状氧化物正极材料中的核心元素。目前，Co昂贵的价格以及供应的瓶颈对锂电产业链产生了负面影响，研究者们开始讨论无钴正极材料应用的可能性。2020年以来，特斯拉、蜂巢能源等企业号召开发LiNi_xMn_1-xO₂(x≥0.7)高镍无钴氧化物正极材料，以便彻底摆脱行业对金属钴的依赖，这使得镍锰二元体系的无钴正极材料成为行业关注的重点。汉阳大学Yang-kook Sun等人的研究结果表明：相比于LiNi_0.9Co_0.05Mn_0.05O₂(NCM90)材料，LiNi_0.9Mn_0.1O₂(NM90)二元无钴材料具有更优的材料热稳定性和结构稳定性，其在30和60℃条件下的容量保持率高于NCM90正极。近期，美国阿贡国家实验室Khalil Amine的研究结果进一步证明了层状正极材料中的Mn取代Co有助于提高晶格氧的稳定以及抑制循环过程中不可逆相变产生的微裂纹。但层状氧化物正极材料缺少Co元素会对材料的结构和性能带来诸多影响，其中最直接的影响是层状结构中阳离子混排程度增加、离子/电子导电率变差，导致材料的倍率性能下降、首次放电容量和库伦效率降低。此外，与富镍的三元正极材料一样，高镍的无钴正极材料在循环过程中也会出现表面层状结构退化、表面副反应增多、内部开裂等现象，导致材料的循环性能不理想。

针对无钴正极材料倍率性能和循环性能不理想的问题，常规的方法都是通过液相法或者固相法在合成的正极材料表面包覆一层电化学惰性涂层、锂离子导电涂层或导电聚合物涂层，再通过烧结达到包覆、掺杂一体化的目的，这些方法步骤比较繁琐，无法实现均匀且薄的包覆层，而且当采用水作溶剂时，水与基体物料长时间的接触会对材料结构产生难以恢复的破坏作用。

发明内容

针对上述已有技术存在的不足，本发明提供一种含锂化合物包覆、离子掺杂的无钴正极材料的制备方法，提高无钴正极材料的倍率性能和循环稳定性。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种无钴正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：