[发明专利]一种锂离子电池用低钴三元正极材料及其制备方法、锂离子电池正极极片和锂离子电池

说明书

本发明提供了一种锂离子电池用低钴三元正极材料及其制备方法、锂离子电池正极极片和锂离子电池。低钴三元正极材料的化学组成为Li_a(Ni_xCo_yM_1‑x‑y)_1‑bM’_bO_2‑cA_c，0.75≤a≤1.2，0.5≤x1，0y≤0.1，0≤b≤0.01，0≤c≤0.2，M选自Mn和Al中的至少一种，M’选自Al、Zr、Ti、Y、Sr、W、Mg中的至少一种，A选自S、F、N中的至少一种；其中，2%≤C_Co1‑C_Co，5%≤C_Al‑C_Al1。本发明锂离子电池具有较优的短期动力学性能以及长期动力学性能，其在长期循环中的稳定性亦表现优异。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体地，涉及一种具有α-NaFeO₂结构的锂离子电池用低钴三元正极材料及其制备方法、锂离子电池正极极片和锂离子电池。

背景技术

具有α-NaFeO₂结构的锂镍钴锰以及锂镍钴铝三元正极材料因其较高的克容量以及优异的动力学性能而成为锂离子动力电池的主流正极材料之一。

在三元正极材料中，三种主要过渡金属元素所发挥的作用各不相同。Ni元素在充放电过程中发生价态变化，提供了锂离子在嵌入/脱出过程中材料内部的电荷补偿，是容量和能量的主要贡献者；Co元素具有两个巡游电子，能够提供材料的电子电导，也能够通过价态变化提供容量和能量；Mn/Al元素使得材料的晶体结果更为稳定，可以提高材料在脱嵌锂过程中的稳定性。

Co元素对于三元正极材料的动力学性能至关重要。然而其作为一种贵金属，丰度较低，价格高于另外两种主要金属元素。为降低三元正极材料的成本，需要在维持性能的前提下减少Co元素的用量。

通过调控不同金属元素的空间分布是提高Co利用率的有效手段之一。专利WO2019120973A1提供了一种制备具有单晶形貌的梯度浓度三元正极材料方法，但是该专利中描述的材料和方法仅针对Co含量10%的三元含锂化合物，其梯度浓度的设计无法适用于Co含量更低的情况。WO2021153546A1介绍了一种制备Co包覆三元正极活性材料的方法，但是在该过程中Co包覆的温度在700摄氏度以上，该温度下其余对于材料性能有帮助的氧化物微粒难以进行有效的包覆。有鉴于此，需要一种新的制造方法用于获取低Co含量而又带有表面包覆的高动力学性能产品。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种锂离子电池用低钴三元正极材料及其制备方法、锂离子电池正极极片和锂离子电池。

本发明的目的是通过以下方案实现的：

本发明的第一方面提供一种锂离子电池用低钴三元正极材料，低钴三元正极材料的化学组成为Li_a(Ni_xCo_yM_1-x-y)_1-bM’_bO_2-cA_c，其中0.75≤a≤1.2，0.5≤x1，0y≤0.1，0≤b≤0.01，0≤c≤0.2，M选自Mn和Al当中的至少一种，M’选自Al、Zr、Ti、Y、Sr、W、Mg当中的一种或多种，A选自S、F、N当中的一种或多种；