[发明专利]一种低残碱高镍无钴正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低残碱高镍无钴正极材料，其化学表达式为Li_xNi_aMn_bO₂，其中0.75a≤0.95，0.05≤b0.25，a+b＝1，0.95≤x≤1.15。本发明采用过氧化锶作为添加剂，起到了降残碱和助熔的作用；采用纯水作为水洗剂，洗掉材料表面未反应的LiOH，降低了表面残碱；同时，磷酸二氢盐包覆液与材料表面的残碱反应，达到降低材料表面残碱的目的，生成的新物质包覆在材料表面，减少电解液对基体材料的腐蚀，有效抑制副反应。利用此方法所制备的高镍无钴正极材料残碱低、容量高和循环性能好，以及广泛的工业应用价值。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种低残碱高镍无钴正极材料及其制备方法。

背景技术

钴作为动力电池正极材料的重要元素之一，不但可以稳定材料的结构，而且可以提高材料的循环和倍率性能。然而全球钴金属存在储存量分布不均衡、资源短缺和价格上涨的问题，迫使全球电池材料、电池供应商和车企想办法减少钴在三元电池中的含量。因此，高镍无钴正极材料应运而生，解决了全球电池材料、电池供应商和车企被钴资源约束的问题。

然而，随着镍含量的增高，材料表面形成的碱性物质越多，尤其是LiOH和Li2CO3，导致容量衰减加快，加剧结构相变，影响电池使用过程中的安全性。因此降低高镍材料表面的残碱含量是急需解决的技术问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低残碱高镍无钴正极材料及其制备方法，该方法采用过氧化锶作为添加剂，起到了降残碱和助熔的作用；采用纯水作为水洗剂，洗掉材料表面未反应的LiOH，降低了表面残碱；同时，磷酸二氢盐包覆液与材料表面的残碱反应，达到降低材料表面残碱的目的，生成的新物质包覆在材料表面，减少电解液对基体材料的腐蚀，有效抑制副反应。利用此方法所制备的高镍无钴正极材料残碱低、容量高和循环性能好，以及广泛的工业应用价值。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种低残碱高镍无钴正极材料，其化学表达式为Li_xNi_aMn_bO₂，其中0.75a≤0.95，0.05≤b0.25，a+b＝1，0.95≤x≤1.15。

作为本发明的另一项发明目的，本发明还提供了上述低残碱高镍无钴正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将氧化锂、氧化镍、氧化锰和过氧化锶按比例混合分散；

S2：将分散均匀后的物料在氧气气氛、第一温度曲线下进行烧结；

S3：将烧结后的产物在装有纯水的搅拌器中搅拌；

S4：搅拌均匀后，向搅拌器中加入磷酸二氢盐包覆液，继续搅拌、抽滤、干燥；

S5：将干燥后的产物在空气气氛、第二温度曲线下进行烧结；最后自然冷却至室温，经过破碎、过筛后获得该高镍无钴正极材料。

作为优选的一种实施方式，S1中Li：Ni：Mn的摩尔比为(0.95～1.15)：(0.75～0.95)：(0.05～0.25)；高速混料机混料时间10～25min；过氧化锶占氧化锂、氧化镍和氧化锰总量为0.05～2wt％。

作为优选的一种实施方式，S2中第一温度曲线在含氧气氛中进行，以3～10℃/min的升温速率从室温升至600～800℃，保温6～12h。

作为优选的一种实施方式，S3中纯水：粉＝(0.75-1):1；搅拌时间为3-5min。

作为优选的一种实施方式，S4中磷酸二氢盐为磷酸二氢镁、磷酸二氢钛、磷酸二氢锆中的任意一种；包覆液的质量为所述无钴基体材料的0.2～0.5％；搅拌时间15-20min；抽滤时间0.5-1.5h；干燥时间2-3h。