[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。无钴正极材料的化学通式为Li_aNi_xMn_yO₂，其中1＜a＜1.2，0.5＜x＜1，0＜y＜0.5，x+y＝1；所述无钴正极材料中，C_S＝C₀₀₃/C₁₀₄，0.9＜C_S＜1，C₀₀₃为无钴正极材料的X射线衍射图谱中003特征衍射峰的峰面积，C₁₀₄为无钴正极材料的X射线衍射图谱中104特征衍射峰的峰面积。本发明通过调控无钴正极材料的003特征衍射峰和104特征衍射峰在X射线衍射图谱中的峰面积之比，有效地调控了无钴正极材料在电解液中的浸润，减少了充放电循环过程中的产气，且提升了材料的表面阻抗和倍率充放电，最终提升了材料的结构稳定性和循环寿命。

技术领域

本发明属于无钴材料技术领域，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。尤其电动汽车要实现高安全、长寿命、快速充电能力，而在电池循环过程中容易出现胀气、内阻增大、寿命衰将严重等现象。

为了解决以上问题，研究者们进行了大量的实验探索，但效果有限，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，无钴材料在高温循环过程中的产生气体量较大，气体的产生使外包装承受较大的膨胀力，存在安全隐患，使实际应用受到限制。

CN112582597A公开了一种三元无钴正极材料的制备方法，将无钴前驱体和锂源按照摩尔比1:0.9～1.2的比例在氧气条件下烧结，研磨粉碎后过200目筛，得到三元无钴正极材料，并对其进行包覆改性。该方法有效降低了正极材料制备成本。但是，其1C循环100圈容量保持率仅为79％左右。

CN111525109A公开了一种包覆钛钴涂层的层状镍锰二元正极材料制备方法，所述制备方法为：在反应釜中，将层状镍锰二元正极材料和含Ti、Co元素的包覆材料混合，再通过pH值调节剂进行充分反应后静置，然后脱水、烘干、焙烧、过筛，得到包覆钛钴涂层的层状镍锰二元正极材料。其所述包覆钛钴涂层的层状镍锰二元正极材料，晶粒大小均匀且排布精密，比表面小，粒度呈正态分布，且表面包覆涂层有利于提高电子电导率和离子电导率，减少循环过程中不可逆相变和结构塌陷，因而具有较高的结构稳定性和优异的电化学性能。但是该方案存在制备工艺繁琐且产气严重的问题。

因此，如何保证无钴正极材料的安全性能，同时有效提升其电化学性能，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。本发明通过调控无钴正极材料的003特征衍射峰和104特征衍射峰在X射线衍射图谱中的峰面积之比，有效地调控了无钴正极材料在电解液中的浸润，减少了充放电循环过程中的产气，且提升了材料的表面阻抗和倍率充放电，最终提升了材料的结构稳定性和循环寿命。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：