[发明专利]无钴层状正极材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明提供了锂离子电池的无钴层状正极材料及其制备方法和锂离子电池。该无钴层状正极材料包括单晶形貌的层状镍锰酸锂和包覆在所述镍锰酸锂表面的氧化锌，其中，所述镍锰酸锂的通式为LiNi_xMn_1‑xO₂，0.55≤x≤0.95。由此，通过在单晶形貌的层状镍锰酸锂的表面包覆氧化锌，可以有效防止镍锰酸锂中的锰离子被锂离子电池的电解液溶解，进而可以有效提高锂离子电池的比容量、首次充电效率(简称首效)和循环性能；而且，本申请的无钴层状正极材料的残余碱(氢氧化锂或碳酸锂)含量较低。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体的，涉及锂离子电池的无钴层状正极材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

随着锂离子动力电池的快速发展，对其成本、安全性、循环寿命等都提出了更高的要求。正极材料作为锂离子电池的核心组成部分，其性能对整个电池的性能起着至关重要的作用。无钴正极材料相对于传统的三元正极材料，具有成本低、结构稳定等优势。但因为无钴正极材料中不含钴，Mn元素较多，因此，无钴正极材料存在金属Mn离子溶解过多的问题。

因此，关于无钴正极材料的研究有待深入。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种锂离子电池的无钴层状正极材料，该无钴层状正极材料中的锰离子不易被电解液溶解。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种锂离子电池的无钴层状正极材料。根据本发明的实施例，该无钴层状正极材料包括单晶形貌的层状镍锰酸锂和包覆在所述镍锰酸锂表面的氧化锌，其中，所述镍锰酸锂的通式为LiNi_xMn_1-xO₂，0.55≤x≤0.95。由此，通过在单晶形貌的层状镍锰酸锂的表面包覆氧化锌，可以有效防止镍锰酸锂中的锰离子被锂离子电池的电解液溶解，进而可以有效提高锂离子电池的比容量、首次充电效率(简称首效)和循环性能；而且，本申请的无钴层状正极材料的残余碱(氢氧化锂或碳酸锂)含量较低。

根据本发明的实施例，基于所述无钴层状正极材料的总质量，所述氧化锌的质量百分含量为0.05％～0.3％。

根据本发明的实施例，所述镍锰酸锂的粒径为1～5微米。

根据本发明的实施例，所述无钴层状正极材料的比表面积为0.1m²/g～0.8m²/g。

在本发明的另一方面，本发明提供了一种制备前面所述的无钴层状正极材料的方法。根据本发明的实施例，制备无钴层状正极材料的方法包括：将单晶形貌的层状镍锰酸锂与锌盐溶液混合，得到混合液；将所述混合液蒸干，得到预混合物；将所述预混合物在预定温度下反应预定时间，得到所述无钴层状正极材料。由此，上述方法可以在单晶形貌的层状镍锰酸锂的表面包覆一层氧化锌，故而有效防止镍锰酸锂中的锰离子被锂离子电池的电解液溶解，进而可以有效提高锂离子电池的比容量、首次充电效率(简称首效)和循环性能；而且，制备的无钴层状正极材料的残余碱(氢氧化锂或碳酸锂)含量较低；另外，上述制备方法简单易操作，便于工业化生产，生产成本较低。

根据本发明的实施例，所述锌盐选自乙酸锌、硫酸锌和硝酸锌中的至少一种。

根据本发明的实施例，所述锌盐的浓度为0.5～2mol/L。

根据本发明的实施例，所述预定温度为400～700℃，所述预定时间为5～10小时。

根据本发明的实施例，所述预混合物是在含氧环境下进行反应的，其中，氧气的浓度为20％～100％。

在本发明的又一方面，本发明提供了一种锂离子电池。根据本发明的实施例，锂离子电池包括前面所述的无钴层状正极材料。由此，该锂离子电池具有较高的比容量和首效，且循环性能较佳。