无钴正极材料及其制备方法、电池正极、锂离子电池技术

技术编号：40540932 阅读：6 留言：0更新日期：2024-03-05 18:56

本发明专利技术涉及一种无钴正极材料及其制备方法、电池正极、锂离子电池。上述无钴正极材料及其制备方法在富锂内核上包覆人工CEI层，人工CEI层含有过渡金属氟化物、锂盐和氟化锂，模拟电池正极在第一次化成时生成的CEI膜层的成份，即预先在无钴正极材料上形成类似CEI膜层的成份，并且设置过渡金属氟化物的质量分数为20％～60％、锂盐的质量分数为20％～60％以及氟化锂质量分数为5％～20％，能够形成物理屏障，抑制无钴正极材料与电解液的副反应，减少电阻性表面膜的形成，改善正极材料与电解质界面的电荷转移，提升电子和离子导通性，从而提高倍率性能。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池，特别是涉及一种无钴正极材料及其制备方法、电池正极、锂离子电池。

技术介绍

1、当前，锂离子电池已广泛应用于便携式电子产品和电动汽车中。锂离子电池正极材料大多是含钴材料，如钴酸锂(licoo2)、镍钴锰酸锂(ncm)和镍钴铝酸锂(nca)等，正极材料中掺入的钴对电化学稳定性有至关重要的作用。

2、钴作为稀缺资源，其价格高昂，在过去几年大幅上涨，占到电池材料成本的60％，成为制约锂离子电池行业供应链的一个关键因素。因此，无钴正极材料越来越受到关注。

3、然而，传统的无钴正极材料存在电导率差、锂离子迁移速度缓慢等问题，严重影响了其容量的发挥，限制了其广泛应用。特别是固态锂离子电池的出现，对无钴正极材料的导电性和离子嵌入迁出能力要求更高。因而需要加入更多导电剂，这样降低了电池的能量密度，同时材料的加工性能也较差。

技术实现思路

1、基于此，有必要提供一种无钴正极材料及其制备方法、电池正极、锂离子电池，以解决传统的无钴正极材料存在电导率差、锂离子迁移速度缓慢的问题。

2、一种无钴正极材料，包括富锂内核以及人工cei层，所述人工cei层包覆所述富锂内核；所述富锂内核含有无钴富锂材料，所述人工cei层含有质量分数为20％～60％的过渡金属氟化物、质量分数为20％～60％的锂盐以及质量分数为5％～20％的氟化锂。

3、在其中一个实施例中，所述过渡金属氟化物选自nif2、mnf3、alf3、mgf2以及zrf2中的至少一种。</p>

4、在其中一个实施例中，所述锂盐选自lifsi、litfsi、lidfob、libob、lipf6以及lipo2f2中的至少一种。

5、在其中一个实施例中，所述人工cei层还含有质量分数为0.5％～2％的粘结剂。

6、在其中一个实施例中，所述无钴富锂材料包括li1+(x(2+x))m1-(x(2+x))o2，其中，0＜x＜2，m为ni和mn中的至少一种。

7、在其中一个实施例中，所述富锂内核还含有质量分数为2％～5％的金属氧化物纳米颗粒，所述金属氧化物纳米颗粒选自氧化铝、氧化锆、勃姆石、氧化钛、氧化锰中的至少一种。

8、在其中一个实施例中，所述无钴正极材料还包括缓冲层，所述缓冲层包覆所述富锂内核，所述人工cei层包覆所述缓冲层，所述缓冲层的锂含量低于所述富锂内核的锂含量。

9、在其中一个实施例中，所述缓冲层含有lini1-xmxo2-yfy，其中，0.001≤x≤0.2，0.005≤y≤0.1，m为mn、al、ti、mg、zr和w中的至少一种。

10、在其中一个实施例中，所述富锂内核的粒度为10μm～45μm，比表面积为0.3m2/g～0.5m2/g；和/或

11、所述无钴正极材料的粒度为35μm～85μm，比表面积为0.2m2/g～0.8m2/g。

12、一种无钴正极材料的制备方法，包括以下步骤：

13、取无钴富锂材料制成颗粒状，作为富锂内核；

14、在所述富锂内核上包覆人工cei层，所述人工cei层含有质量分数为20％～60％的过渡金属氟化物、质量分数为20％～60％的锂盐以及质量分数为5％～20％的氟化锂。

15、在其中一个实施例中，所述富锂内核的制备包括步骤：

16、取无钴富锂材料与金属氧化物纳米颗粒，研磨混合，在500℃～800℃下烧结7h～20h，将烧结产物进行粉碎，制成颗粒状。

17、在其中一个实施例中，在所述富锂内核上包覆所述人工cei层之前，所述制备方法还包括步骤：

18、在所述富锂内核上包覆缓冲层，所述缓冲层的锂含量低于所述富锂内核的锂含量；

19、所述人工cei层包覆在所述缓冲层上。

20、在其中一个实施例中，在所述富锂内核上包覆所述缓冲层的步骤包括：

21、取lini1-xmxo2-yfy和所述富锂内核，研磨混合，在500℃～800℃下烧结7h～20h，将烧结产物进行粉碎，制成颗粒状的第一包覆产物。

22、在其中一个实施例中，所述缓冲层包覆所述人工cei层的步骤包括：

23、取所述过渡金属氟化物、所述锂盐和氟化锂，与溶剂、粘结剂混合，得到胶液；

24、在所述胶液中加入所述第一包覆产物，在100℃～150℃下烘烤5h～20h，再经研磨后，在200℃～500℃下烧结7h～20h，将烧结产物进行粉碎，制成颗粒状的第二包覆产物。

25、一种电池正极，含有上述任一实施例所述的无钴正极材料或者上述任一实施例所述的制备方法制备得到的无钴正极材料。

26、一种锂离子电池，具有所述的电池正极。

27、与传统方案相比，上述无钴正极材料及其制备方法具有以下有益效果：

28、上述无钴正极材料及其制备方法在富锂内核上包覆人工cei层，人工cei层含有过渡金属氟化物、锂盐和氟化锂，模拟电池正极在第一次化成时生成的cei膜层的成份，即预先在无钴正极材料上形成类似cei膜层的成份，并且设置过渡金属氟化物的质量分数为20％～60％、锂盐的质量分数为20％～60％以及氟化锂质量分数为5％～20％，能够形成物理屏障，抑制无钴正极材料与电解液的副反应，减少电阻性表面膜的形成，改善正极材料与电解质界面的电荷转移，提升电子和离子导通性，从而提高倍率性能。

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【技术保护点】

1.一种无钴正极材料，其特征在于，包括富锂内核以及人工CEI层，所述人工CEI层包覆所述富锂内核；所述富锂内核含有无钴富锂材料，所述人工CEI层含有质量分数为20％～60％的过渡金属氟化物、质量分数为20％～60％的锂盐以及质量分数为5％～20％的氟化锂。

2.如权利要求1所述的无钴正极材料，其特征在于，所述过渡金属氟化物选自NiF2、MnF3、AlF3、MgF2以及ZrF2中的至少一种；和/或

3.如权利要求1所述的无钴正极材料，其特征在于，所述人工CEI层还含有质量分数为0.5％～2％的粘结剂。

4.如权利要求1～3中任一项所述的无钴正极材料，其特征在于，所述无钴富锂材料包括Li1+(x(2+x))M1-(x(2+x))O2，其中，0＜x＜2，M为Ni和Mn中的至少一种。

5.如权利要求4所述的无钴正极材料，其特征在于，所述富锂内核还含有质量分数为2％～5％的金属氧化物纳米颗粒，所述金属氧化物纳米颗粒选自氧化铝、氧化锆、勃姆石、氧化钛、氧化锰中的至少一种。

6.如权利要求1～3中任一项所述的无钴正极材料，其特征在于，

7.如权利要求6所述的无钴正极材料，其特征在于，所述缓冲层含有LiNi1-xMxO2-yFy，其中，0.001≤x≤0.2，0.005≤y≤0.1，M为Mn、Al、Ti、Mg、Zr和W中的至少一种。

8.如权利要求1～3中任一项所述的无钴正极材料，其特征在于，所述富锂内核的粒度为10μm～45μm，比表面积为0.3m2/g～0.5m2/g；和/或

9.一种无钴正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述富锂内核的制备包括步骤：

11.如权利要求9或10所述的制备方法，其特征在于，在所述富锂内核上包覆所述人工CEI层之前，所述制备方法还包括步骤：

12.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，在所述富锂内核上包覆所述缓冲层的步骤包括：

13.如权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述缓冲层包覆所述人工CEI层的步骤包括：

14.一种电池正极，其特征在于，含有如权利要求1～8中任一项所述的无钴正极材料或者如权利要求9～13中任一项所述的制备方法制备得到的无钴正极材料。

15.一种锂离子电池，其特征在于，具有如权利要求所述14的电池正极。

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【技术特征摘要】

1.一种无钴正极材料，其特征在于，包括富锂内核以及人工cei层，所述人工cei层包覆所述富锂内核；所述富锂内核含有无钴富锂材料，所述人工cei层含有质量分数为20％～60％的过渡金属氟化物、质量分数为20％～60％的锂盐以及质量分数为5％～20％的氟化锂。

2.如权利要求1所述的无钴正极材料，其特征在于，所述过渡金属氟化物选自nif2、mnf3、alf3、mgf2以及zrf2中的至少一种；和/或

3.如权利要求1所述的无钴正极材料，其特征在于，所述人工cei层还含有质量分数为0.5％～2％的粘结剂。

4.如权利要求1～3中任一项所述的无钴正极材料，其特征在于，所述无钴富锂材料包括li1+(x(2+x))m1-(x(2+x))o2，其中，0＜x＜2，m为ni和mn中的至少一种。

6.如权利要求1～3中任一项所述的无钴正极材料，其特征在于，所述无钴正极材料还包括缓冲层，所述缓冲层包覆所述富锂内核，所述人工cei层包覆所述缓冲层，所述缓冲层的锂含量低于所述富锂内核的锂...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，请求不公布姓名，请求不公布姓名，
申请(专利权)人：上海桔晟科技有限公司，
类型：发明
国别省市：

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