一种无钴富锂正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种无钴富锂正极材料及其制备方法和应用。所述无钴富锂正极材料由镍锰氢氧化物前驱体与锂源复合后烧结得到；其中，所述镍锰氢氧化物前驱体满足：17m2/g<比表面积a<27m2/g，1.4g/cm3<振实密度b<1.6g/cm3；所述无钴富锂正极材料满足：1m2/g<比表面积c<5m2/g，1g/cm3<振实密度d<2g/cm3；且5≤a/c+b/d≤25。本发明专利技术通过调控正极材料及其前驱体的比表面积和振实密度，同时，在正极材料和其前驱体之间建立比表面积和振实密度的关系，提升了正极材料的循环性能，降低了其电压降的幅度。降低了其电压降的幅度。降低了其电压降的幅度。

【技术实现步骤摘要】
一种无钴富锂正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于无钴电池
，涉及一种无钴富锂正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有电压平台高、循环性能好、无记忆效应和比能量高等优势，是目前应用最广泛的动力电池。随着智能电网储能的发展以及新能源汽车的不断推广，锂离子电池得到了快速发展，同时市场对锂离子电池的性能要求也越来越高。
[0003]锂离子电池的能量密度主要由电极材料决定，目前商业化的正极材料(例如，LiCoO2、LiFePO4和三元材料Li[Ni
1/3
Co
1/3
Mn
1/3
]O2(NCM
‑
111)等)的实际放电比容量(<180mAh/g)远远低于商业化的负极材料(例如，石墨：320mAh/g~360mAh/g)，并且元素Co价格昂贵且有害，这成为限制锂离子电池发展的主要因素。
[0004]富锂锰基正极材料，具有高于250mAh/g的放电比容量，且Mn、Ni元素储量丰富、成本低廉，通过调控富锂材料中Mn、Ni的比例可以实现完全取代昂贵的Co元素，降低成本，因此它也被认为是近年来最有潜力能成为下一代锂离子电池正极的材料。基于此，对富锂锰基正极材料的研究具有重大意义。
[0005]目前，无钴富锂正极材料xLi2MnO3·
(1
‑
x)LiNi
0.5
Mn
0.5
O2存在循环差、循环过程中电压降低过快的问题，传统的方法一般是通过包覆或掺杂进行改进。
[0006]CN111434618A公开了无钴层状正极材料及制备方法、锂离子电池。该方法包括：制备层状镍锰酸锂基体材料；将所述层状镍锰酸锂基体材料与包覆剂进行混合，获得第一混合物料；对所述第一混合物料进行第一烧结处理，在所述层状镍锰酸锂基体材料表面形成包覆层，以获得所述无钴层状正极材料，其中，所述包覆剂包括第一包覆剂和第二包覆剂，所述第一包覆剂包括陶瓷氧化物，所述第二包覆剂包括磷酸盐和硅酸盐的至少之一。虽然一定程度上提高了循环稳定性，但是制备麻烦，而且容量不高。
[0007]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。而这只是在温和的测试条件下提高了一定的循环稳定性。
[0008]因此，如何提升无钴富锂材料的循环性能，降低电压降，是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种无钴富锂正极材料及其制备方法和应用。本专利技术通过调控正极材料及其前驱体的比表面积和振实密度，同时，在正极材料和其前驱体之间建立比表面积和振实密度的关系，提升了正极材料的循环性能，降低了其电压降的幅度。
[0010]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种无钴富锂正极材料，所述无钴富锂正极材料由镍锰氢
氧化物前驱体与锂源复合后烧结得到；其中，所述镍锰氢氧化物前驱体满足：17m2/g<比表面积a<27m2/g，1.4g/cm3<振实密度b<1.6g/cm3；例如，所述比表面积a可以为17.5m2/g、18m2/g、19m2/g、20m2/g、21m2/g、22m2/g、23m2/g、24m2/g、25m2/g、26m2/g或26.5m2/g等，所述振实密度b可以为1.41g/cm3、1.42g/cm3、1.43g/cm3、1.44g/cm3、1.45g/cm3、1.46g/cm3、1.47g/cm3、1.48g/cm3、1.49g/cm3、1.5g/cm3、1.51g/cm3、1.52g/cm3、1.53g/cm3、1.54g/cm3、1.55g/cm3、1.56g/cm3、1.57g/cm3、1.58g/cm3或1.59g/cm3等；所述无钴富锂正极材料满足：1m2/g<比表面积c<5m2/g，1g/cm3<振实密度d<2g/cm3；且5≤a/c+b/d≤25，例如比例可以为5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24或25等；例如，所述无钴富锂材料中，比表面积c可以为1.1m2/g、1.5m2/g、2m2/g、2.5m2/g、3m2/g、3.5m2/g、4m2/g、4.5m2/g或4.9m2/g等，振实密度d可以为1.1g/cm3、1.2g/cm3、1.3 g/cm3、1.4g/cm3、1.5g/cm3、1.6g/cm3、1.7g/cm3、1.8g/cm3或1.9g/cm3等。
[0011]示例性地，本专利技术中，比表面积的测试方法为：测试设备为比表面测试仪（北京贝士德3H
‑
2000A），测试原理是BET法。采用样品管称取一定量样品，将样品管装入仪器，进行脱气，开始加热，加热结束后，取下样品管，称量，输入样品质量，设备自动算出比表面积；振实密度的测试方法为：设备为振实密度仪（丹东百特BT
‑
303）称量样品质量，将样品放入量筒内，将量筒固定在振实密度仪支座上，设置振动次数。振动结束后读取体积，振实密度等于质量除以体积。
[0012]本专利技术中，上述镍锰氢氧化物前驱体的比表面积、振实密度的范围，无钴富锂正极材料的比表面积、振实密度的范围，以及两者之间的比例，要同时满足。
[0013]本专利技术通过调控正极材料及其前驱体的比表面积和振实密度，同时，在正极材料和其前驱体之间建立比表面积和振实密度的关系，提升了正极材料的循环性能，降低了其电压降的速度。
[0014]本专利技术所提供的无钴富锂正极材料，在不对其包覆和掺杂的情况下，就可以实现较高的容量、循环和较低的电压降。
[0015]优选地，所述无钴富锂材料的中值粒径为1~20μm，例如1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm或20μm等。
[0016]优选地，所述镍锰氢氧化物前驱体的化学式为Ni
y
Mn1‑
y
(OH)2，所述无钴富锂正极材料的化学式为xLi2MnO3·
(
‑
x)LiNi
0.5
Mn
0.5
O2，0<y<1，0<x<1，例如，所述x可以为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或0.9等，所述y可以为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无钴富锂正极材料，其特征在于，所述无钴富锂正极材料由镍锰氢氧化物前驱体与锂源复合后烧结得到；其中，所述镍锰氢氧化物前驱体满足：17m2/g<比表面积a<27m2/g，1.4g/cm3<振实密度b<1.6g/cm3；所述无钴富锂正极材料满足：1m2/g<比表面积c<5m2/g，1g/cm3<振实密度d<2g/cm3；且5≤a/c+b/d≤25。2.根据权利要求1所述的无钴富锂正极材料，其特征在于，所述镍锰氢氧化物前驱体的化学式为Ni
y
Mn1‑
y
(OH)2，所述无钴富锂正极材料的化学式为,0<y<1，0<x<1。3.根据权利要求1所述的无钴富锂正极材料，其特征在于，所述无钴富锂正极材料包括掺杂元素，所述掺杂元素包括Al、Zr、Mg、Ta、W、Nb或B中的任意一种或至少两种的组合。4.根据权利要求1所述的无钴富锂正极材料，其特征在于，所述无钴富锂正极材料表面包覆有层状氧化物，所述层状氧化物的原料包括TiO2、MgO、Ta2O5、WO3、B2O3、H3BO3、La2O3、SiO2或Nb2O5中的任意一种或至少两种的组合。5.一种如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔齐齐，刘月园，王鹏飞，施泽涛，郭丰，李子郯，杨红新，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：