锂离子电池的无钴正极材料及其制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术提供了锂离子电池的无钴正极材料及其制备方法和锂离子电池。所述无钴正极材料的通式为：Li

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池的无钴正极材料及其制备方法和锂离子电池
本专利技术涉及电池
，具体的，涉及锂离子电池的无钴正极材料及其制备方法和锂离子电池。
技术介绍
目前，锂离子电池广泛使用的三元正极材料均包括Ni、Co、Mn三种金属元素，在这3种金属元素中，Co价格最高，资源最稀缺，因此，传统的三元正极材料价格比较高。因此，关于锂离子电池的正极材料的研究有待深入。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术的一个目的在于提出一种新型的无钴三元正极材料，该材料的制备成本较低或电池性能较佳。在本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种锂离子电池的无钴正极材料。根据本专利技术的实施例，所述无钴正极材料的通式为：LixNiaMnbRcO2，其中，1≤x≤1.15，0.5≤a≤0.95，0.02≤b≤0.48，0<c≤0.05，R为铝或钨。由此，上述无钴正极材料中不含金属钴，可以有效降低正极材料的成本，而且无钴正极材料中的铝或钨可以更好地稳固正极材料的晶体结构，进而可以使得锂离子电池具有优异的倍率性能和循环性能，而且在高温高压的测试条件下仍能维持锂离子电池良好的循环稳定性。根据本专利技术的实施例，R为所述钨时，0.03≤b≤0.48，0<c≤0.02；R为所述铝时，0.02≤b≤0.45，1≤x≤1.10。根据本专利技术的实施例，所述无钴正极材料满足以下条件至少之一：晶体为层状结构；六方晶系；R3m空间点群；形貌为单晶或多晶；晶粒尺寸为1～15微米。根据本专利技术的实施例，所述无钴正极材料的RXD谱图中，I(003)/I(104)峰值比大于等于1.2。根据本专利技术的实施例，所述无钴正极材料满足以下条件至少之一：比表面积为0.15～1.5m2/g；pH值小于等于12；残余碱含量为0.05wt％～0.7wt％；振实密度大于等于1.3g/cm3；松装密度大于等于0.9g/cm3；水分含量小于等于1000ppm；磁性物质杂质小于等于300ppb。在本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种制备前面所述的无钴正极材料的方法。根据本专利技术的实施例，制备无钴正极材料的方法包括：将氢氧化锂和前驱体NiaMnbRc(OH)2均匀混合，得到预混合物，其中，0.5≤a≤0.95，0.02≤b≤0.48，0<c≤0.05，R为铝或钨；在含氧氛围中，使所预混合物在预定温度下进行反应，得到所述无钴正极材料。由此，上述方法制备的无钴正极材料中不含金属钴，可以有效降低正极材料的成本，而且无钴正极材料中的铝或钨可以更好地稳固正极材料的晶体结构，进而可以使得锂离子电池具有优异的倍率性能和循环性能，而且在高温高压的测试条件下仍能维持锂离子电池良好的循环稳定性。根据本专利技术的实施例，所述预定温度为700℃～1000℃，反应的时间为10～20小时。根据本专利技术的实施例，所述预定温度是通过逐渐升温达到的，其中，升温速率为1～5℃/min。根据本专利技术的实施例，所述含氧氛围中，氧气的浓度大于等于90％。在本专利技术的又一方面，本专利技术提供了一种锂离子电池。根据本专利技术的实施例，所述锂离子电池包括前面所述的无钴正极材料。由此，锂离子电池的成本较低，且具有优异的倍率性能和循环性能，在高温高压的测试条件下仍能维持锂离子电池良好的循环稳定性。附图说明图1是实施例1中无钴正极材料LiNi0.92Mn0.06Al0.02O2的扫描电镜图；图2是实施例1中无钴正极材料LiNi0.92Mn0.06Al0.02O2的XRD谱图；图3是实施例1中无钴正极材料LiNi0.92Mn0.06Al0.02O2的EDS谱图；图4是实施例1中锂离子电池的首周充放电曲线；图5是实施例1中锂离子电池的循环曲线；图6是实施例2中无钴正极材料LiNi0.92Mn0.07W0.01O2的扫描电镜图；图7是实施例2中无钴正极材料LiNi0.92Mn0.07W0.01O2的XRD谱图；图8是实施例2中无钴正极材料LiNi0.92Mn0.07W0.01O2的EDS谱图；图9是实施例2中锂离子电池的首周充放电曲线；图10是实施例2中锂离子电池的循环曲线。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。在本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种锂离子电池的无钴正极材料。根据本专利技术的实施例，所述无钴正极材料的通式为：LixNiaMnbRcO2，其中，1≤x≤1.15(比如x为1、1.05、1.08、1.10、1.12、1.15)，0.5≤a≤0.95(比如a为0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、0.95)，0.02≤b≤0.48(比如b为0.02、0.03、0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.48)，0<c≤0.05(比如c为0.01、0.02、0.03、0.04、0.05)，R为铝或钨。由此，上述无钴正极材料中不含金属钴，可以有效降低正极材料的成本，而且无钴正极材料中的铝或钨可以更好地稳固正极材料的晶体结构，进而可以使得锂离子电池具有优异的倍率性能和循环性能，而且在高温高压的测试条件下仍能维持锂离子电池良好的循环稳定性。根据本专利技术的实施例，R为所述钨时，0.03≤b≤0.48，0<c≤0.02；R为所述铝时，0.02≤b≤0.45，1≤x≤1.10。由此，在制备时，便于LixNiaMnbWcO2和LixNiaMnbAlcO2的制备。根据本专利技术的实施例，无钴正极材料满足以下条件至少之一：晶体为层状结构；六方晶系；R3m空间点群；形貌为单晶或多晶；晶粒尺寸为1～15微米(比如1微米、2微米、3微米、5微米、7微米、9微米、10微米、11微米、13微米或15微米)。由此，上述晶型和晶体结构可以使得无钴正极材料具有良好的电性能，从而使得锂离子电池具有较佳的循环性能、充放电性能以及容量保持率等电池性能；上述尺寸的晶粒，不仅可以使得无钴正极材料具有较佳的活性和比容量，而且无钴正极材料的比表面积较小，可以进一步地防止电解液与无钴正极材料接触而发生副反应；若晶粒尺寸大于15微米，则无钴正极材料的一次颗粒的尺寸过大，使得无钴正极材料的比容量和倍率性能会相对降低；若晶粒尺寸小于1微米，则无钴正极材料的比表面积相对较大，进而其与电解液发生副反应几率会加大。需要说明的是，上述粒径为平均粒径。根据本专利技术的实施例，无钴正极材料的RXD谱图中，I(003)/I(104)峰值比大于等于1.2，比如I(003)/I(104)峰值为1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0。由此，无钴正极材料中的锂元素和镍元素的混排程度较低(峰值比越大，镍元素与锂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池的无钴正极材料，其特征在于，所述无钴正极材料的通式为：Li

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池的无钴正极材料，其特征在于，所述无钴正极材料的通式为：LixNiaMnbRcO2，其中，1≤x≤1.15，0.5≤a≤0.95，0.02≤b≤0.48，0<c≤0.05，R为铝或钨。


2.根据权利要求1所述的无钴正极材料，其特征在于，
R为所述钨时，0.03≤b≤0.48，0<c≤0.02；
R为所述铝时，0.02≤b≤0.45，1≤x≤1.10。


3.根据权利要求1或2所述的无钴正极材料，其特征在于，所述无钴正极材料满足以下条件至少之一：
晶体为层状结构；
六方晶系；
R3m空间点群；
形貌为单晶或多晶；
晶粒尺寸为1～15微米。


4.根据权利要求1或2所述的无钴正极材料，其特征在于，所述无钴正极材料的RXD谱图中，I(003)/I(104)峰值比大于等于1.2。


5.根据权利要求1或2所述的无钴正极材料，其特征在于，所述无钴正极材料满足以下条件至少之一：
比表面积为0.15～1.5m2/g；
pH值小于等于12；
残余碱含量为0...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔齐齐，江卫军，许鑫培，施泽涛，马加力，陈思贤，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32