[发明专利]一种无钴单晶复合材料、其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种无钴单晶复合材料、其制备方法和用途。所述无钴单晶材料为核壳结构，核层为无钴单晶材料，壳层的材料组成包括TiNb₂O₇和导电锂盐。本发明选择TiNb₂O₇和导电锂盐作为壳层的材料包覆无钴单晶材料，有利于充放电过程中锂离子在材料内部的嵌入迁出，提高了无钴单晶材料锂离子导电性，进而提高了材料的容量和首效；壳层有利于减小材料与电解液的接触面积，减缓了材料与电解液副反应的发生，从而提高了材料的循环性能。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种无钴单晶复合材料、其制备方法和用途。

背景技术

随着新能源市场的发展，三元正极材料由于其高能量密度、高循环、高安全性等优点引起了人们的研发热潮。在当前动力市场上，大规模商业化的如NCM523、NCM622等三元材料，一定程度上满足动力汽车的需求，其续航里程、安全性能等还有待提高。

NCM中钴元素价格的波动制约了电池的成本控制，且钴金属价格昂贵，易对环境造成污染，而多晶NCM材料多是由200～300纳米的一次颗粒团聚而成的二次颗粒，增大了与电解液的接触面积，在循环过程中材料内部易产生微观裂纹且随着镍含量升高而增加，进而导致更多的电解液渗入颗粒内部，引发更多副反应，破坏材料结构。

单晶材料则直接由2～5微米的独立晶体组成，具有更高结晶度、更加稳定的层状结构等特征，但是单纯的基体材料容量和循环偏低，主要是无钴单晶材料的锂离子导电性差导致，离子导电性制约了电池在充放电过程中锂离子的嵌入迁出速度，不利于材料容量的发挥，且随着循环的进行增加电池内阻，电池易于产热，有很大的使用安全隐患。

CN109962223A公开了一种包含无钴Ni-Mn固溶镍基正极材料的锂离子电池，所述正极活性材料为改性BN包覆无钴Ni-Mn固溶镍基正极材料，其结构式为：LiNi_xMn_1-xO₂·aBN，其中0.5≤x1，0a≤0.06，改性BN为LiNi_xMn_1-xO₂材料表面的包覆层。但是，所述正极材料锂离子导电性较差，且成本较高。

CN103943844B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锂离子导电性较差。

因此，本领域需要开发一种新型无钴单晶材料，所述无钴单晶材料具有优异的锂离子导电性，且成本较低，制备方法简单，可工业化生产。

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无钴单晶复合材料、其制备方法和用途。所述无钴单晶复合材料具有优异的锂离子导电性，且成本较低。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的目的之一在于提供一种无钴单晶复合材料，所述无钴单晶材料为核壳结构，核层为无钴单晶材料，壳层的材料组成包括TiNb₂O₇和导电锂盐。

本发明选择TiNb₂O₇和导电锂盐作为壳层的材料包覆无钴单晶材料，有利于充放电过程中锂离子在材料内部的嵌入迁出，提高了无钴单晶材料锂离子导电性，进而提高了材料的容量和首效；壳层有利于减小材料与电解液的接触面积，减缓了材料与电解液副反应的发生，从而提高了材料的循环性能。