一种锂离子电池无钴正极材料的制备及其应用制造技术

本发明专利技术涉及锂离子电池无钴正极材料技术领域，尤其涉及

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池无钴正极材料的制备及其应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池无钴正极材料
，尤其涉及
IPC C01G53
领域，更具体的，涉及一种锂离子电池无钴正极材料的制备及其应用
。

技术介绍

[0002]新能源汽车作为未来交通出行的重要选择，具备巨大的市场潜力和发展前景
。
随着技术的不断革新和政策的积极推动，新能源汽车将逐渐成为人们出行的首选，其中钴作为电池材料的重要原料，钴价处于持续增长阶段，造成三元电芯成本高，而无钴材料具有一定的成本优势，能量密度和功率密度高是无钴单晶材料的优势之一，受到行业内的广泛关注
。
但同时无钴材料表面化学稳定性和结构稳定性较差，从而导致其循环性能和热稳定性差
。
[0003]CN111916697A
公开了一种无钴正极材料及其制备方法以及锂离子电池正极和锂电池
。
所述正极材料包括核以及包覆所述核的壳，所述核为无钴正极材料，所述核的化学式为
LiNi
x
Mn
y
O2，其中，
0.55≤x≤0.95
，
0.05≤y≤0.45
，所述壳为包覆剂和碳
。
该专利技术的方法能够提高无钴正极材料包覆过程中的分散性，同时能够提高无钴正极材料的导电性
。
但该工艺生产工艺复杂，克容量偏低，其能量密度低，限制了其在动力电池领域的应用
。
[0004]CN112786827A
提供了一种无钴正极材料及其制备方法，所述的无钴正极材料包括内核和包覆所述内核的外壳，所述内核为掺杂后的无钴正极颗粒，所述的外壳包括掺杂剂；对所述的无钴正极材料进行红外光谱分析，在
520
～
620cm
‑1处形成的波峰的峰值面积记为
X
，在
800
～
900cm
‑1形成的波峰的峰值面积记为
Y
，
0.010≤Y/X≤0.035。
通过优化掺杂降低晶间微裂纹
、
包覆提高材料的界面稳定性同时降低表面残余碱性物质，有效抑制气体的产生，进一步降低电池失效风险，但该专利技术并未明显提升克容量
。

技术实现思路

[0005]本专利技术第一方面提供了一种锂离子电池无钴正极材料的制备，包括以下步骤：
[0006]步骤1：将镍和锰的可溶盐与氨水和氢氧化钠的混合溶液进行共沉淀反应，制备得到氢氧化镍锰二元前驱体，其分子式为
Ni
x
Mn
y
(OH)2；
[0007]步骤2：将锂源和过渡金属氧化物与镍锰二元前驱体经高速混料机混合，得到一次混料物；
[0008]步骤3：将一次混料物置于气氛辊道窑炉中，进行一次焙烧，破碎
、
筛分后得到一次焙烧材料；
[0009]步骤4：将金属氧化物预混，再加入一次焙烧材料进行混合，经高速混料机混合，经气氛辊道进入窑炉中，进行二次焙烧，过筛除磁后即得
。
[0010]所述
x、y
为摩尔数，所述
x
与
y
的比值为
(0.6
‑
0.8)
：
(0.2
‑
0.4)。
[0011]优选的，所述
x
与
y
的比值为
(0.7
‑
0.75)
：
(0.2
‑
0.25)。
[0012]所述步骤2中混合条件为：转速
500
～
800r/min
混合
30
～
40min。
[0013]优选的，所述步骤2中混合条件为：转速
800r/min
混合
30min。
[0014]所述过渡金属氧化物中的金属元素包括
Al、Zr、B、Mg、Sr、La、Y、Ce
中的一种或多种
。
[0015]优选的，所述过渡金属氧化物中的金属元素包括
Zr
和
Sr
中的一种或多种
。
[0016]优选的，所述过渡金属氧化物包括
SrO
和
ZrO2中的一种或多种，锶可掺杂进入晶格内部，锆低温包覆与材料表面形成一层稳定的包覆层，有利于抑制晶体裂解导致循环衰减快
。
[0017]所述
SrO
和
ZrO2重量比为1：
(0.5
‑
2)。
[0018]所述过渡金属氧化物占一次混料物质量的
0.1
～
1.0
％
。
[0019]优选的，所述过渡金属氧化物占一次混料物质量的
0.2
～
0.3
％
。
[0020]所述镍锰氢氧化物和锂源中的锂离子的摩尔比为1：
(1.02
～
1.15)。
[0021]优选的，所述镍锰氢氧化物和锂源中的锂离子的摩尔比为1：
(1.05
～
1.1)。
[0022]所述金属氧化物包括钛的氧化物和铝的氧化物中的至少一种
。
[0023]本申请人研究发现，所述过渡金属氧化物占一次混料物质量的
0.2
～
0.3
％，可稳定无钴层状结构，减小高温产气现象，可能是过渡金属化合物掺杂有利于金属离子进入材料的晶格内部或包覆在材料表面，使材料晶胞堆积融合有序，晶格缺陷减少，从而使结构稳定性提升
。
进一步研究发现，通过钛的氧化物和铝的氧化物特定比例的掺杂，可改善循环性能同时提升倍率性能，可能是铝钛双掺杂可有效抑制材料的体积膨胀，抑制晶体微裂纹的产生，稳定材料三维结构
。
同时配合特定的二次烧结温度以及时间，在
4.35
～
2.8V
电压
、0.1C/0.1C
充放倍率条件下，首次放电克容量可达到
199.8mAh/g
以上，常温条件下经
50
周循环后，容量保持率可达到
90
％以上，可应用于动力电池领域
。
[0024]所述金属氧化物包括钛的氧化物和铝的氧化物，所述钛的氧化物和铝的氧化物的重量比为1：
(0.5
‑
2)
，铝钛双掺杂可更好地抑制单晶颗粒微裂纹的产生，并稳定材料结构，改善循环性能同时提升倍率性能
。
[0025]所述钛的氧化物和铝的氧化物的重量比为1：
(0.5
‑
2)。
[0026]优选的，所述钛的氧化物和铝的氧化物的重量比为1：
1。
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种锂离子电池无钴正极材料的制备，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将镍和锰的可溶盐与氨水和氢氧化钠的混合溶液进行共沉淀反应，制备得到氢氧化镍锰二元前驱体，其分子式为
Ni
x
Mn
y
(OH)2；步骤2：将锂源和过渡金属氧化物与镍锰二元前驱体经高速混料机混合，得到一次混料物；步骤3：将一次混料物置于气氛辊道窑炉中，进行一次焙烧，破碎
、
筛分后得到一次焙烧材料；步骤4：将金属氧化物预混，再加入一次焙烧材料进行混合，经高速混料机混合，经气氛辊道进入窑炉中，进行二次焙烧，过筛除磁后即得
。2.
根据权利要求1所述的一种锂离子电池无钴正极材料的制备，其特征在于，所述
x、y
为摩尔数，
x
与
y
的比值为
(0.6
‑
0.8)
：
(0.2
‑
0.4)。3.
根据权利要求2所述的一种锂离子电池无钴正极材料的制备，其特征在于，所述步骤2中混合条件为：转速
500
～
800r/min
搅拌
30
～
40min。4.
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海强，孙旭，陆和杰，万辉，郭晓旭，王绍鹏，梁正，张志伟，闫佳伶，王波，李晓艳，
申请(专利权)人：宁夏汉尧富锂科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：