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【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池,具体涉及一种无钴正极材料、无钴正极材料的制备方法、正极和锂离子电池。
技术介绍
1、随着科技发展,人们对于高效储能电池的需求也日益增加,锂离子电池是目前使用较为广泛的电池。目前使用较多的锂离子电池正极材料包括钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂等,这些材料中掺入的钴对正极材料的电化学稳定性有重要的作用。但是,由于钴资源紧缺,导致含钴材料的成本较高,且钴对环境有一定的不良影响,因此近年来相关领域致力于对低估或无钴的正极材料进行研究。但是,现有的低钴或无钴正极材料,常常存在电子电导率差、锂离子迁移速度缓慢等缺陷,限制了电池的容量、倍率性能和循环稳定性,不适于广泛推广应用。
技术实现思路
1、本专利技术实施例的目的在于提供一种无钴正极材料、无钴正极材料的制备方法、正极和锂离子电池,能够解决现有技术中存在的上述至少部分缺陷。
2、第一方面,本专利技术实施例提供了一种无钴正极材料,包括基体和外壳;所述基体包括alimo2·(1-a)li2mno3和第一碳材料,其中,0<a<1,m为ti、v、mn、fe、nb、ni、al或者zr中的至少一种,所述第一碳材料为多孔碳材料;所述外壳包覆所述基体,所述外壳包括含锂化合物与第二碳材料的混合物。通过采用核-壳结构,并在内部的基体采用无钴富锂材料,同时使用多孔碳材料进行网络纤维包络,可以有效提高无钴正极材料的克容量和导电性能,缓冲晶格应力,循环寿命更长;在基体外包覆含有含锂化合物与第二碳材料的外壳,可以增加导电性和离子迁移速率,提
3、在一些实施例中,所述alimo2·(1-a)li2mno3为由linixayalzo2、镍酸锂和无钴富锂锰基材料合成的固溶体,其中,x≥0.8,x+y+z=1,a为ti、v、mn、fe、nb或者zr中的一种。通过在基体中掺杂多种无钴富锂材料形成固溶体,可以提供丰富的锂源,同时基体具有较高的ni含量,有利于提高无钴正极材料的克容量;此外,少量的al有利于改善材料的结构稳定性,改善无钴正极材料的循环寿命。
4、在一些实施例中,所述linixayalzo2的中值粒径为1.0-4.5μm;所述镍酸锂的中值粒径为0.1-0.5μm;所述无钴富锂锰基材料的中值粒径为0.1-0.5μm。通过这种设置,有利于保证无钴正极材料的容量和稳定性。
5、在一些实施例中,所述linixayalzo2、所述镍酸锂、所述无钴富锂锰基材料和所述第一碳材料的质量比为100:(8-15):(2-8):(2-8)。通过这种设置,有利于保证无钴正极材料的容量和稳定性。
6、在一些实施例中,所述基体的中值粒径为10-45μm,比表面积为0.3-0.8m2/g。通过这种设置,有利于保证无钴正极材料的容量和稳定性。
7、在一些实施例中,所述第一碳材料包括多孔碳纤维,所述多孔碳纤维的直径为20-200nm,所述多孔碳纤维的孔径为5-15μm。通过这种设置,有利于保证无钴正极材料的稳定性,有利于改善高镍无钴材料的导电性能。
8、在一些实施例中,所述含锂化合物包括锂的氧化物、锂的氟化物、锂的氮化物、锂的硫化物、锂盐或者氢氧化锂中的至少一种。通过这种设置,有利于进一步提高无钴正极材料的倍率性能,同时可以提高材料表面结构的稳定性,抑制副反应和电阻性表面膜的形成。
9、在一些实施例中,所述含锂化合物的中值粒径为0.1-0.5μm。通过这种设置,有利于进一步提高无钴正极材料的倍率性能。
10、在一些实施例中,所述第二碳材料包括石墨烯,所述石墨烯的层数小于5层。通过在外壳中加入石墨烯,有利于进一步增强无钴正极材料表面的电子导通能力,同时可以使外壳适应由于应力造成的体积变化,减少裂纹形成,增强材料的稳定性。
11、在一些实施例中,所述无钴正极材料的中值粒径为20-55μm,比表面积为0.4-0.9m2/g。通过这种设置,有利于进一步提升无钴正极材料的理化性能。
12、在一些实施例中,所述外壳还包括粘结剂;所述基体、所述第二碳材料、所述含锂化合物和所述粘结剂的质量比为100:(1-8):(1-8):(0.5-2)。通过这种设置,有利于保证无钴正极材料的能量密度。
13、第二方面,本专利技术实施例还提供了一种无钴正极材料的制备方法,所述方法包括如下步骤:制备包含alimo2·(1-a)li2mno3和第一碳材料的基体,其中,0<a<1,m为ti、v、mn、fe、nb、ni、al或者zr中的至少一种,所述第一碳材料为多孔碳材料;以及,在所述基体外包覆外壳,得到无钴正极材料,所述外壳包括含锂化合物与第二碳材料的混合物。通过制备核-壳结构的正极材料,并在内部的基体采用无钴富锂材料,同时使用多孔碳材料进行网络纤维包络,可以有效提高无钴正极材料的克容量和导电性能,缓冲晶格应力,循环寿命更长;在基体外包覆含有含锂化合物与第二碳材料的外壳,可以增加导电性和离子迁移速率,提升材料的倍率性能,同时外壳可以起到保护作用,提高材料的稳定性,减缓正极材料被电解液的侵蚀。
14、在一些实施例中,所述制备包含alimo2·(1-a)li2mno3和第一碳材料的基体包括如下步骤:将linixayalzo2、镍酸锂、无钴富锂锰基材料与第一碳材料混合研磨,得到第一混合物,其中,x≥0.8,x+y+z=1,a为ti、v、mn、fe、nb或者zr中的一种;以及,在保护性气氛下对所述第一混合物进行烧结、球磨、粉碎,得到所述基体。通过在基体中掺杂多种无钴富锂材料形成固溶体,可以提供丰富的锂源,同时基体具有较高的ni含量,有利于提高无钴正极材料的克容量;此外,少量的al有利于改善材料的结构稳定性,改善无钴正极材料的循环寿命。
15、在一些实施例中,所述混合研磨的转速为1000-4500rpm;对所述第一混合物进行烧结的温度为500-800℃,时间为7-20h;制备得到的基体的中值粒径为10-45μm,比表面积为0.3-0.8m2/g。通过这种设置,有利于保证基体的制备质量,保证无钴正极材料的性能。
16、在一些实施例中,所述在所述基体外包覆外壳,得到无钴正极材料包括如下步骤:将第二碳材料、有机溶剂和粘结剂混合,制备胶液;将基体、含锂化合物和所述胶液混合搅拌,得到第二混合物;以及,在保护性气氛下对所述第二混合物进行烘干、球磨、烧结、粉碎、筛选,得到无钴正极材料。通过这种设置,有利于保证外壳的包覆质量,保证无钴正极材料的性能。
17、在一些实施例中,对所述第二混合物烘干的温度为100-150℃,时间为5-20h;对所述第二混合物烧结的温度为200-500℃,时间为7-20h;制备得到的无钴正极材料的中值粒径为20-55μm,比表面积为0.4-0.9m2/g。通过这种设置,有利于保证外壳的包覆质量,保证无钴正极材料的性能。
18、第三方面,本专利技术实施例还提供了一种正极,所述正极包括本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种无钴正极材料,其特征在于,包括:
2.根据权利要求1所述的无钴正极材料,其特征在于,所述aLiMO2·(1-a)Li2MnO3为由LiNixAyAlzO2、镍酸锂和无钴富锂锰基材料合成的固溶体,其中,x≥0.8,x+y+z=1,A为Ti、V、Mn、Fe、Nb或者Zr中的一种。
3.根据权利要求2所述的无钴正极材料,其特征在于,所述LiNixAyAlzO2的中值粒径为1.0-4.5μm;
4.根据权利要求2所述的无钴正极材料,其特征在于,所述LiNixAyAlzO2、所述镍酸锂、所述无钴富锂锰基材料和所述第一碳材料的质量比为100:(8-15):(2-8):(2-8)。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的无钴正极材料,其特征在于,所述基体的中值粒径为10-45μm,比表面积为0.3-0.8m2/g。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的无钴正极材料,其特征在于,所述第一碳材料包括多孔碳纤维,所述多孔碳纤维的直径为20-200nm,所述多孔碳纤维的孔径为5-15μm。
7.根据权利要求1所述的无钴正极材
8.根据权利要求1所述的无钴正极材料,其特征在于,所述含锂化合物的中值粒径为0.1-0.5μm。
9.根据权利要求1所述的无钴正极材料,其特征在于,所述第二碳材料包括石墨烯,所述石墨烯的层数小于5层。
10.根据权利要求1所述的无钴正极材料,其特征在于,所述无钴正极材料的中值粒径为20-55μm,比表面积为0.4-0.9m2/g。
11.根据权利要求1所述的无钴正极材料,其特征在于,所述外壳还包括粘结剂;
12.一种无钴正极材料的制备方法,其特征在于,所述方法包括:
13.根据权利要求12所述的制备方法,其特征在于,所述制备包含aLiMO2·(1-a)Li2MnO3和第一碳材料的基体包括:
14.根据权利要求13所述的制备方法,其特征在于,所述混合研磨的转速为1000-4500rpm;
15.根据权利要求12所述的制备方法,其特征在于,所述在所述基体外包覆外壳,得到无钴正极材料包括:
16.根据权利要求15所述的制备方法,其特征在于,对所述第二混合物烘干的温度为100-150℃,时间为5-20h;
17.一种正极,其特征在于,所述正极包括如权利要求1-11中任一项所述的无钴正极材料,或者,所述正极包括通过权利要求12-16中任一项所述的方法制备的无钴正极材料。
18.一种锂离子电池,其特征在于,所述锂离子电池包括如权利要求17所述的正极。
...【技术特征摘要】
1.一种无钴正极材料,其特征在于,包括:
2.根据权利要求1所述的无钴正极材料,其特征在于,所述alimo2·(1-a)li2mno3为由linixayalzo2、镍酸锂和无钴富锂锰基材料合成的固溶体,其中,x≥0.8,x+y+z=1,a为ti、v、mn、fe、nb或者zr中的一种。
3.根据权利要求2所述的无钴正极材料,其特征在于,所述linixayalzo2的中值粒径为1.0-4.5μm;
4.根据权利要求2所述的无钴正极材料,其特征在于,所述linixayalzo2、所述镍酸锂、所述无钴富锂锰基材料和所述第一碳材料的质量比为100:(8-15):(2-8):(2-8)。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的无钴正极材料,其特征在于,所述基体的中值粒径为10-45μm,比表面积为0.3-0.8m2/g。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的无钴正极材料,其特征在于,所述第一碳材料包括多孔碳纤维,所述多孔碳纤维的直径为20-200nm,所述多孔碳纤维的孔径为5-15μm。
7.根据权利要求1所述的无钴正极材料,其特征在于,所述含锂化合物包括锂的氧化物、锂的氟化物、锂的氮化物、锂的硫化物、锂盐或者氢氧化锂中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的无钴正极材料,其特征在于,所述含锂化合物的中值粒径为0...
【专利技术属性】
技术研发人员:李航,曹文鹏,
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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