[发明专利]一种无钴正极材料及其制备方法与锂离子电池

权利要求书

1.一种无钴正极材料的制备方法，其特征在于，

所述无钴正极材料的分子式为Li_1+nNi_xMn_yM_zO₂，其中：x+y+z＝1，0.5≤x＜1.0，0＜y＜0.5，0≤z≤0.1，-0.1≤n≤0.5；M为除Co外的Al、Mg、Sr、Ti、Fe、Sc、V、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Ta、W、B、Si、P、Sn、Tl、Ga、Ge、La、Ce中一种或多种；

所述制备方法具体包括如下步骤：

(1)将包括镍源、锰源、锂源、M源、成核剂、沉淀剂和络合剂在内的原料混合制成混合溶液，在原料混合溶液水热过程中施加微波场；在保护气氛下，100-400℃水热反应0.05-2h得到正极材料过程样；其中：

所述成核剂为氧化石墨烯水凝胶，所述氧化石墨烯水凝胶浓度为0.01-2mol/L；所述微波场的频率为1-10GHz；功率200-500W；

(2)将步骤(1)制得的正极材料过程样在含氧气氛中烧结得到所述无钴正极材料。

2.根据权利要求1所述的无钴正极材料的制备方法，其特征在于，

步骤(2)中的含氧气氛包括氧气和/或空气；烧结温度为500-1000℃，时间为2-20h。

3.根据权利要求1或2所述的无钴正极材料的制备方法，其特征在于，

所述镍源为含镍溶液，所述含镍溶液中镍离子的浓度为0.1-5mol/L；

所述锰源为含锰溶液，所述含锰溶液中锰离子的浓度为0.1-5mol/L；

所述M源为含Al、Mg、Sr、Ti、Fe、Sc、V、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Ta、W、B、Si、P、Sn、Tl、Ga、Ge、La、Ce中的一种或多种元素的溶液；所述含M溶液中M离子的浓度为0.01-5mol/L。

4.根据权利要求3所述的无钴正极材料的制备方法，其特征在于，

所述混合溶液中镍离子和锰离子的摩尔比为(1-9.9)：1；

当z＝0时，无钴正极材料中不含有M离子；当所述混合溶液中含M离子的情况下，镍离子加锰离子的摩尔总和与M离子的摩尔比为(9-99)：1；

所述锂源中的锂金属含量与所述正极材料中的镍、锰、M总金属含量的摩尔比为(0.95-50)：1。

5.根据权利要求1或2所述的无钴正极材料的制备方法，其特征在于，

所述沉淀剂为碱性溶液；所述碱性溶液包括氢氧化钠溶液；所述氢氧化钠溶液的浓度为3-12mol/L。

所述络合剂为氨水；所述氨水的浓度为0.01-12mol/L。

6.根据权利要求1或2所述的无钴正极材料的制备方法，其特征在于，

所述锂源为含锂溶液；

所述锂源包括氢氧化锂、氧化锂、碳酸锂、硝酸锂、乙酸锂溶液中的一种或多种；所述锂溶液中锂离子的浓度为0.9-50mol/L。

7.根据权利要求1或2所述的无钴正极材料的制备方法，其特征在于，

所述混合溶液的pH为8-13；

混合时，各原料溶液各自独立的以1-20mL/min的流速进行混合。

8.根据权利要求1或2所述的无钴正极材料的制备方法，其特征在于，

步骤(1)的水热反应结束之后还包括过滤并洗涤和干燥固体物；所述干燥在真空状态下进行，温度为60-150℃，时间为8-24h。

9.权利要求1-8任一所述的制备方法制得的无钴正极材料，其特征在于，

所述无钴正极材料具有有序的纳米簇阵列结构，单个单元为纳米级，范围为1-900nm。

10.一种锂离子电池，其特征在于，包括采用权利要求9所述无钴正极材料制得的正极。