[发明专利]一种无钴正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种无钴正极材料及其制备方法和应用。所述无钴正极材料包括内核和包覆于内核表面的包覆层；所述内核为无钴正极基体材料，所述无钴正极基体材料为层状单晶材料，所述无钴正极基体材料的化学式为Li_aNi_xMn_yO₂，1≤a≤1.2，0.5＜x＜1，x+y=1；包覆层包括金属碳复合包覆层。本发明通过在单晶无钴正极基体材料表面包覆纳米MOFs、金属氧化物材料，利用MOFs高温易分解、比表大、三维网状等的特性，通过烧结在无钴层状正极材料表面包覆得到了一层均匀的金属碳复合包覆层，考虑到MOFs作为牺牲模板，烧结后残留的金属氧化物较少，为增加点状包覆，另加入纳米金属氧化物，提升了材料的容量和导电性。

技术领域

本发明属于无钴锂离子电池技术领域，涉及一种无钴正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池由于具有高电压、高能量密度、长循环寿命、无记忆效应、对坏境无污染等特点的优势，成为应用范围最广的二次电池之一。但随着便携式电子设备微型化、长待机的不断发展，以及电动自行车、电动汽车等大功率、高能量设备的启用，都对作为储能电源的锂离子电池的能量密度的提出了越来越高的要求。

目前商业锂离子电池最广泛使用的正极材料是钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、层状镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料等。层状镍钴锰三元材料是目前市场上最为常用的锂离子电池三元材料，但是由于钴资源价格昂贵，导致材料成本高，且对环境有一定的影响。所以人们致力于研究出低估或无钴的层状正极材料，然而去钴化的二元正极材料电子电导率差、锂离子迁移速度缓慢等缺陷严重影响了其容量的发挥，从而制约着无钴层状正极材料的广泛应用。

CN108199027A公开了一种铌掺无钴镍基正极材料及其制备方法，属于锂离子电池技术领域，所述正极材料的分子式为Li[Ni_xMn_1-x]_1-yNb_yO₂，其中0.5≤x≤0.9，0＜y＜0.1；所述制备方法为：先分别制得镍、锰盐的混合溶液和碱与氨水的混合溶液，再制备前驱体Ni_xMn_1-x(OH)₂，然后将前驱体与锂的化合物、铌的化合物混合均匀，在高温下进行烧结，得到掺铌镍基正极材料。其虽然能够提升了正极材料的循环稳定性及倍率性能，但倍率性能提升不明显。

CN106257718A公开了一种BN包覆无钴Ni-Mn固溶镍基正极材料，其虽然能够达到稳定材料结构，提高材料循环性能的作用，但该文献中的包覆未对材料倍率性能进行改进。

CN103943844A公开了一种无钴富锂锰基正极材料及其制备方法和应用，所述正极材料化学式为Li_1+xNi_yMn_0.8-yO₂(0x1/3，0y0.8)。正极材料的制备过程：采用溶胶-凝胶法在乙醇或去离子水溶剂中制备前驱体，经低温预烧、球磨后，再经高温固相烧结得到所制备的正极材料。但是，所述方法得到的正极材料的锂离子导电性较差。

因此，如何提升无钴正极材料的电导率，进而提升其容量，是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无钴正极材料及其制备方法和应用。本发明通过在单晶无钴正极基体材料表面包覆纳米MOFs、纳米金属氧化物材料，利用MOFs高温易分解、比表大、三维网状等的特性，通过烧结将在无钴层状正极材料表面包覆得到了一层均匀的金属碳复合包覆层，提升了材料的容量和导电性。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：