无钴层状正极材料及其制备方法、正极片和锂离子电池技术

本发明专利技术提供了无钴层状正极材料及其制备方法、正极片和锂离子电池。该无钴层状正极材料包括：LiNi

【技术实现步骤摘要】
无钴层状正极材料及其制备方法、正极片和锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池
，具体地，涉及无钴层状正极材料及其制备方法、正极片和锂离子电池。
技术介绍
目前，随着新能源汽车行业的快速发展，人类对锂离子电池的要求越来越高。在锂离子电池的四大主材中，正极活性材料发挥着至关重要的作用。在相关技术的正极活性材料中，三元正极活性材料因具有较高的容量、电压、循环稳定性而得到广泛应用。然而，三元正极活性材料中因含有一定量的钴元素而导致其价格较高。因此，只有降低三元正极活性材料中的钴含量才能够较好地降低正极活性材料的成本，其中，当该正极活性材料中完全不含有钴元素时，其成本达到最低，即为无钴层状正极材料。遗憾的是，相关技术中的无钴层状正极材料中由于不含有钴元素，其导电性差，锂离子在该无钴层状正极材料中的扩散速度也慢。因而，现有的无钴层状正极材料的相关技术仍有待改进。
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成本低、表面阻抗低、导电性好、锂离子在其中的扩散速度快、电化学活性高、由其制作得到的锂离子电池的充电比容量高、放电比容量高、首效高、循环性能好或者倍率性能好的无钴层状正极材料。在本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种用于锂离子电池的无钴层状正极材料。根据本专利技术的实施例，该无钴层状正极材料包括：LiNi0.75Mn0.25O2晶体；和锂离子导体，所述锂离子导体附着在所述LiNi0.75Mn0.25O2晶体的至少部分表面上，所述锂离子导体包括钛酸锂或者锰酸锂中的至少一种，基于所述无钴层状正极材料的总质量，所述锂离子导体的质量百分含量为0.1％～2％，其中，所述无钴层状正极材料的比表面积为0.1m2/g～0.8m2/g，所述无钴层状正极材料的D50粒径为1μm～10μm。专利技术人发现，该无钴层状正极材料成本低、表面阻抗低、导电性好，锂离子在该无钴层状正极材料中的扩散速度快，电化学活性高，由其制作得到的锂离子电池的充电比容量高、放电比容量高、首效高、循环性能好、倍率性能好。在本专利技术的另一个方面，本专利技术提供了一种用于锂离子电池的无钴层状正极材料。根据本专利技术的实施例，该无钴层状正极材料包括：LiNixMnyO2晶体，其中，x+y＝1，0.55≤x≤0.95，0.05≤y≤0.45；和锂离子导体，所述锂离子导体附着在所述LiNixMnyO2晶体的至少部分表面上。专利技术人发现，该无钴层状正极材料成本低、表面阻抗低、导电性好，锂离子在该无钴层状正极材料中的扩散速度快，电化学活性高，由其制作得到的锂离子电池的充电比容量高、放电比容量高、首效高、循环性能好、倍率性能好。根据本专利技术的实施例，所述锂离子导体包括钛酸锂或者锰酸锂中的至少一种。根据本专利技术的实施例，所述锂离子导体为钛酸锂，基于所述无钴层状正极材料的总质量，所述钛酸锂的质量百分含量为0.1％～1％。根据本专利技术的实施例，所述锂离子导体为锰酸锂，基于所述无钴层状正极材料的总质量，所述锰酸锂的质量百分含量为0.1％～2％。根据本专利技术的实施例，所述无钴层状正极材料满足以下条件的至少之一：比表面积为0.1m2/g～0.8m2/g；D50粒径为1μm～10μm；所述x为0.75，所述y为0.25。在本专利技术的另一个方面，本专利技术提供了一种制备前面所述的无钴层状正极材料的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：提供LiNixMnyO2晶体；将所述LiNixMnyO2晶体和形成所述锂离子导体的材料混合，得到第一混合物；在600℃～800℃条件下，将所述第一混合物于含有氧气的气氛中进行第一焙烧处理5h～10h，以便得到所述无钴层状正极材料。专利技术人发现，该方法操作简单、方便，容易实现，易于工业化生产，且可以有效制备得到前面所述的无钴层状正极材料。根据本专利技术的实施例，形成所述锂离子导体的材料包括：第一锂源；和钛源或者第一锰源中的至少一种。根据本专利技术的实施例，所述钛源包括钛酸四丁酯或者氧化钛中的至少一种。根据本专利技术的实施例，所述第一锰源包括碳酸锰、乙酸锰或者氧化锰中的至少一种。根据本专利技术的实施例，所述LiNixMnyO2晶体是经由下列步骤提供的：将第二锂源、镍源和第二锰源混合，得到第二混合物；在750℃～950℃条件下，将所述第二混合物于含有氧气的气氛中进行第二焙烧处理10h～15h，得到所述LiNixMnyO2晶体。根据本专利技术的实施例，所述第一锂源和所述第二锂源各自独立地包括LiOH、Li2CO3、CH3COOLi或者LiNO3中的至少一种。根据本专利技术的实施例，所述镍源和所述第二锰源各自独立地包括NiaMnb(OH)2，其中，0.55≤a≤0.95，0.05≤b≤0.45。在本专利技术的又一个方面，本专利技术提供了一种正极片。根据本专利技术的实施例，该正极片包括前面所述的无钴层状正极材料。专利技术人发现，该正极片成本低、导电性好，由其制作得到的锂离子电池的充电比容量高、放电比容量高、首效高、循环性能好、倍率性能好，且该正极片具有前面所述的无钴层状正极材料的所有特征和优点，在此不再过多赘述。在本专利技术的再一个方面，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，该锂离子电池包括：负极；正极，所述正极包括前面所述的无钴层状正极材料或前面所述的正极片；电池隔膜；和电解液。专利技术人发现，该锂离子电池的充电比容量高、放电比容量高、首效高、循环性能好、倍率性能好，且该锂离子电池具有前面所述的无钴层状正极材料或前面所述的正极片的所有特征和优点，在此不再过多赘述。根据本专利技术的实施例，所述锂离子电池满足以下条件的至少之一：在0.1C充放电倍率的条件下，首次充电比容量不低于205.1mAh/g；在0.1C充放电倍率的条件下，首次放电比容量不低于181.9mAh/g；在0.1C充放电倍率的条件下，首次充放电效率不低于88.7％；在1C充放电倍率的条件下，所述锂离子电池在经过50次的充放电循环以后，容量保持率不低于98.3％；在0.5C充放电倍率的条件下，首次放电比容量不低于170.2mAh/g；在1C充放电倍率的条件下，首次放电比容量不低于164.8mAh/g；在2C充放电倍率的条件下，首次放电比容量不低于155.7mAh/g；在3C充放电倍率的条件下，首次放电比容量不低于149.7mAh/g；在4C充放电倍率的条件下，首次放电比容量不低于145.1mAh/g。附图说明图1显示了本专利技术一个实施例的制备无钴层状正极材料的方法的流程示意图。图2显示了本专利技术一个实施例提供LiNixMnyO2晶体的步骤的流程示意图。图3显示了本专利技术实施例1和实施例2中的LiNixMnyO2晶体的扫描电镜照片(a图中的比例尺为2μm；b图中的比例尺为200nm)。图4显示了本专利技术实施例1中的无钴层状正极材料的扫描电镜照片(a图中的比例尺为2μm；b图中的比例尺为200nm)。图5显示了本专利技术实施例2中的无钴层状正极材料的扫描电镜照片(a图中的比例尺为2μm；b本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锂离子电池的无钴层状正极材料，其特征在于，包括：/nLiNi

【技术特征摘要】
1.一种用于锂离子电池的无钴层状正极材料，其特征在于，包括：
LiNi0.75Mn0.25O2晶体；和
锂离子导体，所述锂离子导体附着在所述LiNi0.75Mn0.25O2晶体的至少部分表面上，所述锂离子导体包括钛酸锂或者锰酸锂中的至少一种，基于所述无钴层状正极材料的总质量，所述锂离子导体的质量百分含量为0.1％～2％，
其中，所述无钴层状正极材料的比表面积为0.1m2/g～0.8m2/g，所述无钴层状正极材料的D50粒径为1μm～10μm。


2.一种用于锂离子电池的无钴层状正极材料，其特征在于，包括：
LiNixMnyO2晶体，其中，x+y＝1，0.55≤x≤0.95，0.05≤y≤0.45；和
锂离子导体，所述锂离子导体附着在所述LiNixMnyO2晶体的至少部分表面上。


3.根据权利要求2所述的无钴层状正极材料，其特征在于，所述锂离子导体包括钛酸锂或者锰酸锂中的至少一种，
任选地，所述锂离子导体为钛酸锂，基于所述无钴层状正极材料的总质量，所述钛酸锂的质量百分含量为0.1％～1％，
任选地，所述锂离子导体为锰酸锂，基于所述无钴层状正极材料的总质量，所述锰酸锂的质量百分含量为0.1％～2％。


4.根据权利要求2或3所述的无钴层状正极材料，其特征在于，满足以下条件的至少之一：
比表面积为0.1m2/g～0.8m2/g；
D50粒径为1μm～10μm；
所述x为0.75，所述y为0.25。


5.一种制备权利要求2～4中任一项所述的无钴层状正极材料的方法，其特征在于，包括：
提供LiNixMnyO2晶体；
将所述LiNixMnyO2晶体和形成所述锂离子导体的材料混合，得到第一混合物；
在600℃～800℃条件下，将所述第一混合物于含有氧气的气氛中进行第一焙烧处理5h～10h，以便得到所述无钴层状正极材料。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，形成所述锂离子导体的材料包括：
第一锂源；和
钛源或者第一锰源中...

【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，
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