[发明专利]一种高电压锂离子电池无钴正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高电压锂离子电池无钴正极材料，是以单晶镍锰二元材料或单晶镍铝二元材料为基体，在基体外表面包覆有快离子导体层，快离子导体层材料选自Li₁₀GeP₂S₁₂、Li₂CsI₃、LiNbO₃、Li₃NbO₄、LiTaO₃、Li₇TaO₆中的一种或几种。其制备方法：将二元材料基体、快离子导体源材料与无水乙醇混合后进行湿磨，将所得的混合物烧结，破碎，得到高电压锂离子电池无钴正极材料。本发明在材料的组分中不含Co，大大降低了材料成本，同时，在正极材料基体表面包覆快离子导体层，降低了材料表面残锂的含量，并改善了锂离子电池正极材料的放电比容量性能和循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料领域，尤其涉及一种高电压锂离子电池无钴正极材料及其制备方法。

背景技术

随着新能源及电动汽车行业的迅猛发展，人们对车载电池的续航里程、成本、安全等一系列性能的要求正在逐步提升。而且近年来高镍电池安全问题频发，且其中含有储量有限的Co元素还会导致电池的成本居高不下。

为了解决上述问题，许多研究者将目光聚焦于降钴。如申请号为CN202010118544.3的专利申请中采用了由镍钴盐前驱体、锰源和锂源制备得到的NMC811单晶三元材料，并通过在材料表面形成富锰层，大幅提高材料首圈充放电的库伦效率和长期充放电时的循环稳定性。在2.8V～4.3V的电压窗口及0.1C倍率的倍率条件下，首次放电比容量为227mAh/g，首次库伦效率为91.3％，以1C倍率充放电时，首次循环放电比容量为187.2mAh/g，循环100次以后容量保持率为95.2％。但该材料仍然是高镍三元材料，钴元素所涉及的资源及成本问题依然无法解决，而且其表面残锂以及所引发的锂镍混排等一系列问题依然无法得到解决。又如公开号为CN109811412A的专利申请公开了一种具有单晶形貌的层状镍锰酸锂LiNi_0.5Mn_0.5O₂一次颗粒正极材料，提升了正极材料制作极片的压实密度，从而提高了锂离子电池的体积能量密度。该发明制备的单晶颗粒内部材料的缺陷明显降低，能有效提升充放电过程中正极材料结构的稳定性，从而提高锂离子电池的使用寿命，但其在2.8V～4.35V的工作电压区间内0.1C倍率放电，首次放电容量仅为189mAh/g，无法满足当下锂离子电池动力市场的需求，且该无钴正极材料在高电压下电化学性能将急剧恶化，严重阻碍了锂离子电池正极材料向高电压方向的产业化进程。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种成本低、高电压下结构稳定、循环性能较好的高电压锂离子电池无钴正极材料，同时该无钴正极材料还具有较高的放电比容量。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种高电压锂离子电池无钴正极材料，所述正极材料是以单晶镍锰二元材料或单晶镍铝二元材料为基体，在基体外表面包覆有快离子导体层，所述快离子导体层材料选自Li₁₀GeP₂S₁₂、LiNbO₃、Li₃NbO₄、LiTaO₃、Li₇TaO₆、Li₂CsI₃中的一种或几种。

本发明的申请人经过探索性研究和反复的试验验证，本发明选择的快离子导体材料相比于其他快离子导体，离子电导激活能较低、且结构更稳定，与无钴正极材料兼容性更好，可更好地改善锂离子电池的放电比容量和循环性能等。

上述的高电压锂离子电池无钴正极材料，优选的，所述快离子导体层的重量占所述基体重量的1wt％～5wt％。