一种无钴正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于电池材料技术领域，具体涉及一种无钴正极材料及其制备方法和应用。本发明专利技术通过对基础无钴层状正极材料进行包覆改性，在基础无钴正极材料表面包覆一类MAX相碳化纳米材料及超导低温纳米材料，明显提升材料电导率和降低低温DCR。具体地，MAX相碳化纳米材料提供优异的导电性，但低温性能欠佳，而超导低温纳米材料则提高了无钴正极材料在低温下的性能，两种包覆材料起到协同作用，共同降低了无钴正极材料的低温DCR。极材料的低温DCR。极材料的低温DCR。

【技术实现步骤摘要】
一种无钴正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电池材料
，具体涉及一种无钴正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于具有能量密度高、循环性能好等优点被广泛应用于电子产品、汽车、航天等各个领域。随着人们对锂离子电池的环保、续航、寿命等要求越来越高，电池的设计和优化也越来越重要。作为锂离子电池中的核心，正极材料的优劣直接决定了电池性能的好坏。
[0003]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，无钴正极材料在锂离子电池领域比较有吸引力，其中镍锰层状材料具有能量密度高、成本低、循环性能优异等优点，一直是研究的重点。但研究表明，镍含量高(摩尔百分比大于80％)的镍锰层状正极材料由于缺乏钴会造成正极材料导电性较差，其低温DCR较高，进而影响电动车在低温下的充电及其续航里程问题。
[0004]有鉴于此，如何降低无钴正极材料的低温DCR成为领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的无钴正极材料的低温DCR较高等缺陷，从而提供一种无钴正极材料及其制备方法和应用。
[0006]为此，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]本专利技术提供一种无钴正极材料，包括基础无钴正极材料以及包覆层，所述包覆层包括MAX相碳化纳米材料和低温超导纳米材料，其中，所述低温超导纳米材料为NbN或Nb3Sn中的至少一种。
[0008]可选地，所述低温超导纳米材料占基础无钴正极材料质量的0.1
‑
2％。
[0009]可选地，所述MAX相碳化纳米材料占基础无钴正极材料质量的0.5
‑
10％。
[0010]可选地，MAX相碳化纳米材料的通式为M
N+1
AX
N
，其中M为Ti、Nb、Mo、V的一种或两种；A为Al、Sn、Si的一种；X为C；N＝1或2或3；
[0011]可选的，Ti3AlC2、Nb2AlC、Ti2SnC、V2AlC、Ti3SiC2、Mo2Ti2AlC3、Mo2TiAlC2纳米材料。
[0012]可选地，所述基础无钴正极材料的通式为Li
a
Ni
x
Mn
y
O2,其中1≤a≤1.2，0.5＜x＜1，x+y＝1。
[0013]本专利技术还提供一种上述的无钴正极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0014]S1，将基础无钴正极材料、MAX相碳化纳米材料和低温超导纳米材料混合，得到混合物料；
[0015]S2，将所得混合物料在保护气氛中煅烧，得到所述无钴正极材料。
[0016]可选地，步骤S2中的煅烧温度为500
‑
700℃，煅烧时间为4
‑
8h。
[0017]可选地，所述的无钴正极材料的制备方法，满足以下(1)
‑
(4)中的至少一项：
[0018](1)步骤S1中的混合为在2000
‑
4000rpm的转速下搅拌10
‑
20min；
[0019](2)所述基础无钴正极材料为单晶材料，其中，中值粒径D50在2.5
‑
3.5um之间，比表面积在0.6
‑
0.9m2/g；
[0020](3)所述MAX相碳化纳米材料的中值粒径D50在50
‑
200nm之间；
[0021](4)所述低温超导纳米材料的中值粒径D50在300
‑
500nm之间。
[0022]本专利技术通过对材料中值粒径D50的限定，能够进一步改善包覆效果，提升材料的电性能。例如，正极材料的D50会影响材料的循环、安全性能，太小则循环差、和电解液副反应严重，产气较多，影响安全性能；太大则会发生团聚，包覆效果变差。包覆材料的D50太大，会发生团聚，所得材料一次粒径也大，包覆效果变差。
[0023]本专利技术还提供一种正极极片，包括上述的无钴正极材料或上述的制备方法制备得到的无钴正极材料。
[0024]本专利技术还提供一种二次电池，包括上述的正极极片。
[0025]本专利技术中所述二次电池可以为锂离子电池。
[0026]本专利技术中所提供的正极极片和二次电池的组成和制备方法为本领域公知的。典型非限定性地，所述正极极片的组成为正极材料、导电炭黑(SP)及聚偏二氟乙烯(PVDF)；制备方法为PVDF制成PVDF胶液，溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)，将正极材料、SP、PVDF胶液、NMP按照92：4：4：46的质量比搅拌，然后涂布、烘干、裁片制备成正极极片。
[0027]所述二次电池的组成可以包括负极壳、弹片、垫片、锂片、隔膜、电解液、正极极片、正极壳；制备方法为将负极壳、弹片、垫片、锂片、隔膜、电解液、正极极片、正极壳按照顺序组装、封口。
[0028]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0029]本专利技术提供的无钴正极材料，通过对基础无钴层状正极材料进行包覆改性，在基础无钴正极材料表面包覆一类MAX相碳化纳米材料及超导低温纳米材料，明显提升材料电导率和降低低温DCR。具体地，MAX相碳化纳米材料提供优异的导电性，但低温性能欠佳，而超导低温纳米材料则提高了无钴正极材料在低温下的性能，两种包覆材料起到协同作用，共同降低了无钴正极材料的低温DCR。
[0030]本专利技术提供的无钴正极材料，通过对材料的限定，能够进一步提升包覆效果、降低无钴正极材料的低温DCR。
[0031]本专利技术提供的无钴正极材料的制备方法，无需复杂的制备步骤和工艺设备，操作简单，易于推广应用。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]图1是本专利技术实施例1
‑
3和对比例1组装电池的在
‑
20℃不同SOC的DCR对比图；
[0034]图2是本专利技术实施例1中成品的SEM电镜图。
具体实施方式
[0035]提供下述实施例是为了更好地进一步理解本专利技术，并不局限于所述最佳实施方式，不对本专利技术的内容和保护范围构成限制，任何人在本专利技术的启示下或是将本专利技术与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本专利技术相同或相近似的产品，均落在本专利技术的保护范围之内。
[0036]实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。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试剂产品。
[0037]实施例1
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无钴正极材料，其特征在于，包括基础无钴正极材料以及包覆层，所述包覆层包括MAX相碳化纳米材料和低温超导纳米材料，其中，所述低温超导纳米材料为NbN或Nb3Sn中的至少一种。2.根据权利要求1所述的无钴正极材料，其特征在于，所述低温超导纳米材料占基础无钴正极材料质量的0.1
‑
2％。3.根据权利要求1所述的无钴正极材料，其特征在于，所述MAX相碳化纳米材料占基础无钴正极材料质量的0.5
‑
10％。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的无钴正极材料，其特征在于，MAX相碳化纳米材料的通式为M
N+1
AX
N
，其中M为Ti、Nb、Mo、V的一种或两种；A为Al、Sn、Si的一种；X为C；N＝1或2或3；可选的，Ti3AlC2、Nb2AlC、Ti2SnC、V2AlC、Ti3SiC2、Mo2Ti2AlC3、Mo2TiAlC2纳米材料。5.根据权利要求4所述的无钴正极材料，其特征在于，所述基础无钴正极材料的通式为Li
a
Ni
x
Mn
y
O2,其中1≤a≤1.2，0.5＜x＜1，x+y＝1。6.一种权利要求1
‑
5任一项所述的无钴正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘海龙，李子郯，杨红新，王涛，
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：