[发明专利]一种无钴富锂正极材料制备及其晶格氧活性调控的一体化方法

说明书

本发明公开了一种无钴富锂正极材料的制备及其晶格氧活性调控的一体化方法，包括以下步骤：将无钴富锂前驱体先预烧成无钴富锂前驱体氧化物；将无钴富锂正极前驱体氧化物与锂源混合均匀后，进行高温热处理，随炉冷却后，得到无钴富锂正极材料。本发明通过调控锂源含量比例进而调控了无钴富锂正极材料的晶体内部结构，提高了无钴富锂正极材料的电化学比容量、结构稳定性和循环性能；通过调控锂源含量诱导无钴富锂正极材料中产生不同程度的阳离子混排和尖晶石或者岩盐相，调控无钴富锂正极材料中晶格氧的活性，提升富锂正极材料的综合电化学性能。该方法操作简单，有效简化了后处理对材料的二次加工并降低了生产成本，适合工业化量产。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及无钴富锂正极材料制备及其晶格氧活性调控的一体化方法。

背景技术

锂离子电池具有比能量高、储能效率高和寿命长等优点，已经广泛应用于3C电子产品、电动汽车和电网储能等领域；但传统锂离子电池难以应对未来市场对更高能量密度和更低成本的需求，亟待升级。在锂离子电池中，负极材料主要是碳基材料，正极材料则不断发展，正极材料对锂离子电池能量密度和成本均起着决定性作用，是推动锂离子电池产业升级优化的最关键材料。产业对锂离子电池的发展要求决定了正极材料的技术指标，其中最重要的是比能量、循环性能和成本，比能量越高，不仅能提供更多动能，且单位能量密度(Wh/kg)的材料成本也会下降；循环寿命越长，电池的实际使用成本就低。因此，提性能、降成本成为开发锂离子电池正极材料的必然要求。

无钴富锂正极材料摒弃了资源丰度低、价格昂贵的钴，有利于大幅降低生产成本，同时，无钴富锂正极材料具有高比容量和高工作电压等优势，能够很好地兼顾低成本、高性能的发展要求，是极具潜力的下一代锂离子电池正极材料。但是，无钴富锂层正极材料存在晶格氧活性难以调控的难题，晶格氧激活不充分会导致容量发挥不出来，但是激活太充分又会导致晶格氧的过度脱出，促进过渡金属的迁移和材料发生层状-尖晶石相转变，材料的容量电压、循环性能和倍率性能随之衰减。因此，探索能够有效调控无钴富锂正极材料的晶格氧活性并同时提高其电化学性能的方法具有重要的科学意义和广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种无钴富锂正极材料制备及其晶格氧活性调控的一体化方法，通过调控锂源含量比例进而调控无钴富锂正极材料的晶体内部结构，提高无钴富锂正极材料的电化学容量、结构稳定性和循环性能；通过调控锂源含量诱导无钴富锂正极材料中产生不同程度的阳离子混排和岩盐相，调控无钴富锂正极材料中晶格氧的活性，提升富锂正极材料的综合电化学性能。

为了实现以上目的，本发明的技术方案之一为：一种无钴富锂正极材料的制备及其晶格氧活性调控的一体化方法，具体包括如下步骤：

(1)将无钴富锂前驱体先预烧成无钴富锂前驱体氧化物；

(2)将上述无钴富锂正极前驱体氧化物与锂源混合均匀后，进行高温热处理，随炉冷却后，得到无钴富锂正极材料。

在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(1)中预烧的升温速率为1-15℃/min，在400-600℃下、空气中煅烧1-5h，而后随炉冷却。

在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(1)中无钴富锂前驱体为氢氧化物、碳酸盐和草酸盐沉淀中的至少一种。

在本发明一个优选实施方案中，所述步骤(2)中锂源为氢氧化锂、碳酸锂和氯化锂中的至少一种。

在本发明一个优选实施方案中，所述步骤(2)中锂源质量占比为无钴富锂前驱体氧化物质量的70％-90％。

进一步的，所述步骤(2)中锂源质量占比为无钴富锂前驱体氧化物质量的73％-81％。

在本发明一个优选实施方案中，所述步骤(2)中热处理的温度为700-950℃，时间为8-15h，热处理气氛为空气或氧气。