[发明专利]无钴正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种无钴正极材料及其制备方法，无钴正极材料包括：无钴前驱体、第一包覆层、第二包覆层和第三包覆层，第一包覆层形成在无钴前驱体表面上，第一包覆层包括锂盐化合物；第二包覆层形成在第一包覆层表面上，第二包覆层包括金属氧化物；第三包覆层形成在第二包覆层表面上，第三包覆层包括碳材料。该无钴正极材料兼顾了无钴材料的稳定性、安全性和倍率性能，从而可以在降低成本的同时提高正极的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂电池领域，具体涉及一种无钴正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着传统化石燃料的逐渐匮乏以及对能源需求的日益增长，人们逐渐将视线转移至清洁可持续能源的开发利用。锂离子电池作为清洁能源领域的重要一环，对于推动能源变革起着举足轻重的作用。正极材料作为可脱嵌锂离子的主要来源，对电池的性能和成本有着很大影响。目前市场上成熟应用的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂及三元材料。但现有三元体系的锂离子动力电池中，正极材料的成本大部分来源于钴。由于钴资源的稀缺性，导致钴价贵且钴元素并不参与电化学反应，所以在高镍的同时，降低钴含量，是提升电池能量密度和降低成本的好方法。提高镍的相对含量可以使放电容量增加，但同时会带来阳离子混排和材料结构不稳定的问题。

因此，现有的正极材料有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种无钴正极材料及其制备方法和应用，该无钴正极材料兼顾了无钴材料的稳定性、安全性和倍率性能，从而可以在降低成本的同时提高正极的电化学性能。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种无钴正极材料。根据本发明的实施例，所述的无钴正极材料包括：

无钴前驱体；

第一包覆层，所述第一包覆层形成在所述无钴前驱体表面上，并且所述第一包覆层包括锂盐化合物；

第二包覆层，所述第二包覆层形成在所述第一包覆层表面上，并且所述第二包覆层包括金属氧化物；

第三包覆层，所述第三包覆层形成在所述第二包覆层表面上，并且所述第三包覆层包括碳材料。

根据本发明实施例的无钴正极材料，通过在无钴前驱体材料表面形成包括锂盐化合物的第一包覆层，可以抑制正极材料表面副反应的发生，有利于提升材料的稳定性，并且形成的包括锂盐化合物的第一包覆层具有较高的离子电导率，有利于Li⁺扩散，在第一包覆层表面上形成包括金属氧化物的第二包覆层，可以提高无钴正极材料的稳定性能，在第二包覆层表面形成包括碳材料的第三包覆层，可以提高正极材料的电子传导性能，从而使得本申请的无钴正极材料兼顾了无钴材料的稳定性、安全性和倍率性能，进而在降低成本的同时提高正极的电化学性能。

另外，根据本发明上述实施例的无钴正极材料还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，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。

在本发明的一些实施例中，所述第一包覆层、所述第二包覆层和所述第三包覆层的厚度比为(1~5)：(3~10)：(5~10)。由此，可以提高正极的电化学性能。

在本发明的一些实施例中，所述锂盐化合物化学式为Li_aMO_b，其中M为所述金属氧化物中的金属元素，a取值为1~2，b取值为2~4。由此，使得该无钴正极材料具有优异的离子传导性能。