一种改性无钴正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种改性无钴正极材料及其制备方法和应用，包括内核Li

【技术实现步骤摘要】
一种改性无钴正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池正极材料
，具体涉及一种改性无钴正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]钴作为动力电池正极材料的重要元素之一，不但可以稳定材料的结构，而且可以提高材料的循环和倍率性能。然而全球钴金属存在储存量分布不均衡、资源短缺和价格上涨的问题，迫使全球电池材料、电池供应商和车企想办法减少钴在三元电池中的含量。于是出现了NCA、NCM三元、NCMA四元的技术路线，但以上技术路线仍不能摆钴资源对全球电池材料、电池供应商和车企约束。
[0003]紧接着出现了无钴层状正极材料，无钴镍基正极材料因具有成本低、比容量高等优点而备受市场瞩目，但也存在倍率性能差、循环寿命短、高压循环稳定性差问题需要解决。目前常用的改性方法有颗粒尺寸纳米化及形貌控制、表面包覆和离子掺杂等，综合这三方面改性之后，无钴层状正极材料的电性能可以得到极大的改善。
[0004]但是，包覆剂或掺杂剂选择不当，也会导致电阻增大，影响电子和离子的传输，进而减弱电性能，由于缺失钴元素，相关技术中的无钴层状正极材料仍然存在首效低、倍率和循环性能差的问题。因此，对无钴层状正极材料进行进一步地改性是解决以上问题的关键。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种改性无钴正极材料及其制备方法和应用，以解决现有的无钴正极材料存在的首效低、倍率性能和循环性能差的技术问题。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]本专利技术公开了一种改性无钴正极材料，包括无钴正极材料和包覆层；包覆层为氢化铝锂和磷钨酸锆。
[0008]优选地，无钴正极材料为Li
1+x
Ni
0.75
Mn
0.25
O2；其中，1.06≤1+x≤1.08。
[0009]优选地，氢化铝锂的质量为Li
1+x
Ni
0.75
Mn
0.25
O2质量的0.05％～3％；磷钨酸锆的质量为Li
1+x
Ni
0.75
Mn
0.25
O2质量的0.03％～4％。
[0010]本专利技术还公开了上述改性无钴正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011]S1、将氢氧化锂和Ni
0.75
Mn
0.25
(OH)2以混料方式分散均匀，得到无钴正极材料前驱体；
[0012]S2、将步骤S1得到的无钴正极材料前驱体在氧气气氛下烧结，冷却至室温，经破碎、过筛，得到Li
1+x
Ni
0.75
Mn
0.25
O2；
[0013]S3、将步骤S2制得的Li
1+x
Ni
0.75
Mn
0.25
O2与氢化铝锂和磷钨酸锆混合均匀后，在空气下烧结，冷却至室温，经破碎、过筛，得到改性无钴正极材料。
[0014]优选地，步骤S1中，Li：Ni：Mn的摩尔比为(1.06～1.08)：0.75：0.25。
[0015]优选地，步骤S2中，烧结分为预烧阶段和固相反应阶段。
[0016]进一步优选地，预烧阶段的升温速率为3℃/min，预烧阶段温度为550～750℃，保温时间为2～3h。
[0017]进一步优选地，固相反应阶段的升温速率为3℃/min，固相反应阶段的温度为880～910℃，保温时间为8～18h。
[0018]优选地，步骤S3中，烧结温度为200～600℃，保温时间为6～12h。
[0019]本专利技术还公开了上述改性无钴正极材料在制备锂离子电池正极材料中的应用。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0021]本专利技术公开了一种改性无钴正极材料，包括无钴正极材料和包覆层；包覆层为氢化铝锂和磷钨酸锆；氢化铝锂可以参与抵消锂离子电池首次充放电形成SEI膜带来的不可逆容量损失，大大提升锂离子电池的首次库伦效率以及充放电循环性能；磷钨酸锆改善了材料的导电性和锂离子在该无钴层状正极材料中的扩散速度，显著提高了锂离子电池倍率性能和循环稳定性，相比没有包覆氢化铝锂与和磷钨酸锆的无钴正极材料，包覆氢化铝锂与和磷钨酸锆的无钴正极材料的首次库伦效率、倍率性能改善明显，循环性能都有明显改善，制得的改性无钴正极材料的首次库伦效率为87.5％～89.8％，0.1C首放比容量为187.4～193.2mAh/g，2C倍率性能为87.0％～89.1％，循环100圈后容量保持率为98％～99.2％。
[0022]本专利技术还公开了上述改性无钴正极材料的制备方法，先通过混料方式制得无钴正极材料前驱体；再进行预烧和固相反应，制得无钴正极材料；最后，将无钴正极材料与氢化铝锂和磷钨酸锆混合均匀，在空气下烧结，使得氢化铝锂和磷钨酸包覆在无钴正极材料外层，得到改性无钴正极材料，整个制备过程工艺简单，具有良好应用前景。
[0023]本专利技术还公开了上述改性无钴正极材料在制备锂离子电池正极材料中的应用，当无钴正极材料包覆0.3％氢化铝锂与0.25％磷钨酸锆时，制得的改性无钴正极材料的首次库伦效率为89.8％，0.1C首放比容量为193.2mAh/g，2C倍率性能为89.1％，0.1C条件下100圈容量保持率为99.2％。
具体实施方式
[0024]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0025]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0026]下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细描述：
[0027]一种改性无钴正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0028]S1、将氢氧化锂和Ni
0.75
Mn
0.25
(OH)2按比例以一定的混料方式进行均匀分散；
[0029]S2、将分散均匀后的物料在含氧气氛条件下进行烧结，自然冷却至室温，经过破碎、过筛，得到无钴正极材料Li
1+x
Ni
0.75
Mn
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性无钴正极材料，其特征在于，包括无钴正极材料和包覆层；包覆层为氢化铝锂和磷钨酸锆。2.根据权利要求1所述的改性无钴正极材料，其特征在于，无钴正极材料为Li
1+x
Ni
0.75
Mn
0.25
O2；其中，1.06≤1+x≤1.08。3.根据权利要求1所述的改性无钴正极材料，其特征在于，氢化铝锂的质量为Li
1+x
Ni
0.75
Mn
0.25
O2质量的0.05％～3％；磷钨酸锆的质量为Li
1+x
Ni
0.75
Mn
0.25
O2质量的0.03％～4％。4.权利要求1～3任意一项所述的改性无钴正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将氢氧化锂和Ni
0.75
Mn
0.25
(OH)2以混料方式分散均匀，得到无钴正极材料前驱体；S2、将步骤S1得到的无钴正极材料前驱体在氧气气氛下烧结，冷却至室温，经破碎、过筛，得到Li
1+x
Ni
0.75...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔水伶，李崇，方向乾，王慧萍，李伟，马娜妮，张彩红，王子钰，
申请(专利权)人：彩虹集团有限公司，
类型：发明
国别省市：