[发明专利]一种低钴正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种低钴正极材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括：将镍前驱体、钴前驱体、锰前驱体、沉淀剂和络合剂不断加入反应釜进行反应，使得所述反应釜中镍前驱体的摩尔浓度保持不变，钴前驱体的摩尔浓度不断增大且锰前驱体的摩尔浓度不断减小，得到三元前驱体颗粒；将所述三元前驱体颗粒和锂前驱体混合，烧结，得到钴含量从内到外渐增的低钴正极材料；所述低钴正极材料具有含量低其结构稳定的优势，有利于提升锂离子电池的电学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种低钴正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

低钴材料是锂离子电池目前降本的主要方案，但是钴元素降低的同时会带来电化学性能及加工性能的恶化，比如：压密降低，容量降低，低温性能恶化，高温循环电阻增加显著；因此，在降本的同时保证性能是一大难题，为了满足项目电化学性能及加工性能，业界量产的NCM钴含量普遍不低于0.12mol％(以过渡金属为基准)。其性能受到Ni、Co和Mn三种元素含量的显著影响，提其中高Co含量有助于增加材料的有序性，另外低钴材料在烧结制备时候就会发生较严重的Li⁺/Ni²⁺混排，降低材料初始容量发挥，同时在循环过程中体相和表面相变进一步严重，形成岩盐相，会大大恶化低钴材料循环性能。

因此，低钴材料需要解决动力学恶化，电阻恶化，循环恶化等一系列问题。

为了解决这个问题的研究和报道有很多。CN112678883A公开了一种组分浓度可控的表面富钴型三元低钴正极材料的制备方法。该发明采用借助微乳液油/水(o/w)体系，通过控制水相油相比例来调控金属盐的沉淀速率，进而将富钴前驱体均匀地沉淀到已制成的低钴型前驱体表面，可以得到不同包覆厚度的低钴型正极材料前驱体，同时通过在内核和外层之间增加金属银膜，然后再与锂源反应，可得到组分、浓度可控的表面富钴型三元低钴正极材料的锂电池正极材料。该发明制备方法简单，制备得到的材料具有包覆均匀可控，成本低，电化学性能优异等优点。CN111403728A公开了一种高镍低钴共沉覆镁正极材料的制备方法。所述方法包括：将镍盐、钴盐和锰盐共溶于氯化氢水溶液中，搅拌条件下加入柠檬酸，随后加入碱液调节pH值至碱性，得到混合液；对混合液进行加热干燥得到凝胶；将所得凝胶置于氨水中浸渍，进行溶剂置换和陈化，得到陈化凝胶；将所得陈化凝胶进一步干燥得到干凝胶，并研磨得到凝胶粉；将所得凝胶粉加入至镁盐溶液中，对其进行微波处理，得到插镁粉体；对插镁粉体进行煅烧处理，即得到高镍低钴共沉覆镁正极材料。该发明方法能够制备得到具有较高克容量的镁正极材料；所制得镁正极材料具有良好的循环性能；能够通用于锂电池和镁电池，均具有较优的使用效果。CN108767239A公开了一种高镍低钴三元正极材料及其制备方法，该材料化学通式为Li[NiCoMn]MO，x为摩尔百分比，0.01≤x≤0.05，M为Sc、Y、Zr、Ti、Mg或Al中的一种或几种组合。制备方法为采用共沉淀法制备前驱体，再采用简单的固相法合成含有过量锂同时掺杂M离子的正极材料，产品成本低廉，其制备方法简单，便于控制；原料来源广泛，易于工业化生产，制得的材料结晶度良好，无杂相，而且颗粒细小且分布均匀，同时具有高放电比容量和优异的循环性能。

但是，上述专利提供的低钴材料的制备方法相对复杂，且制备得到的低钴材料的稳定性也有待提升。

因此，开发一种制备工艺简单的低估材料的制备方法，得到结构稳定的低估材料，是本领域技术人员目前急需要解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低钴正极材料及其制备方法和应用；所述制备方法包括：将镍前驱体、钴前驱体、锰前驱体、沉淀剂和络合剂不断加入反应釜进行反应，在加入反应釜后，使得反应釜中的镍的摩尔浓度保持不变，钴的摩尔浓度不断增大且锰的摩尔浓度不断降低，得到三元前驱体颗粒；将得到的三元前驱体颗粒和锂前驱体混合，烧结，得到所述低钴正极材料；所述低钴正极材料中钴的含量从颗粒内部到外部呈梯度式渐增，进而可以使得得到的低钴正极材料内总的钴含量较低的同时保证其结构稳定，改善了低钴材料表面容易相变的问题，具有重要的研究价值。