[发明专利]一种无钴富锂材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种无钴富锂材料及其制备方法和应用，述制备方法包括以下步骤：(1)将二元镍锰氢氧化物与锂源混合，经一步烧结得到基础材料；(2)将铌源、步骤(1)得到的基础材料和水混合溶解，在CO₂气氛下进行表面修饰；(3)对步骤(2)得到的表面修饰后的材料进行二步烧结处理，得到所述无钴富锂材料。本发明对无钴富锂材料进行了Nb掺杂和CO₂气体的表面修饰，改进材料的首效和压降。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种无钴富锂材料及其制备方法和应用。

背景技术

在当前节能减排和环境保护的背景下，发展高能量密度和高功率密度化学电源体系的任务迫在眉睫。富锂锰基层状氧化物(LMROs)因有超过250mAh g^-1的高比容量、4.8V的高工作低成本以及高安全性等特点，正越来越受到研究者的广泛关注。但是其首次库伦效率低、电压衰减严重和倍率性能差制约了富锂材料的发展。

CN111600012A公开了一种无钴富锂锰基正极材料、复合正极极片及锂离子电池。所述无钴富锂锰基正极材料的化学式为：xLi₂MnO₃·(1-x)LiMeO_2+a，其中0＜x＜1，0≤a＜1，Me选自Mn、Ni、Al、Mg、Ti、B、F、Y和La中的一种以上。其所述无钴富锂锰基正极材料的首次库伦效率较低。

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，该正极材料材料化学式为Li_1+xNi_yMn_0.8-yO₂(0x1/3，0y0.8)。其制备过程是采用溶胶-凝胶法在乙醇或去离子水溶剂中来制备前驱体，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。其所述方法制备的无钴富锂锰基正极材料倍率性能差且电压衰减严重。

上述方案存在有首效低、倍率性能差或电压衰减严重的问题，因此，开发一种首次效率高、倍率性能好且电压衰减少的无钴富锂材料是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无钴富锂材料及其制备方法和应用，本发明对无钴富锂材料进行了Nb掺杂和CO₂气体的表面修饰，改进材料的首效和压降。

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富锂材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将铌源、镍锰富锂二元材料和水混合溶解，在CO₂气氛下进行表面修饰；

(2)对步骤(1)得到的表面修饰后的材料进行二步烧结处理，得到所述无钴富锂材料。

本发明在无钴正极材料中掺杂铌源并在二氧化碳气氛下进行表面修饰，Nb掺进了晶体结构稳定了材料结构，Nb-O更加稳定抑制了循环过程中的相变减缓了电压衰减，并且Nb-O稳定了周围O-TM结构，抑制了首次充放电过程中O-的释放，提高了首效，二氧化碳溶于水中，正极材料和溶解CO₂的去离子水会存在着一个均匀的液固界面反应而产生类似于碳酸盐的物质；将产生的物质用水洗涤之后，表面的碳酸盐物质随之除去，同时在材料颗粒表面自然生成氧空位，进一步提高了材料首效。

优选地，步骤(1)所述镍锰富锂二元材料的制备方法包括以下步骤：

(A)将二元镍锰氢氧化物与锂源混合；

(B)将步骤(A)得到的混合料烧结得到镍锰富锂二元材料。

优选地，步骤(A)所述二元镍锰氢氧化物的化学式为Ni_xMn_1-x(OH)₂，其中，x为0.1～0.9，例如：0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或0.9等。