[发明专利]一种一次晶粒织构化的无锰高镍正极材料及其制备方法、应用

说明书

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，公开了一种一次晶粒织构化的无锰高镍正极材料及其制备方法、应用，包括将锂盐、镍钴前驱体、钨源或钽源按照摩尔比1.05:1:0.01‑0.03湿法球磨混合，将固相在氧气气氛下，先以2～5℃/min的升温速度升温至420～480℃烧结4～8小时，再以2～5℃/min的升温速度升温至680～750℃烧结10～20小时，得到一次晶粒织构化的无锰正极材料LiNi_xCo_yW_zO₂或者LiNi_xCo_yTa_zO₂；其中，0.9≤x≤0.95，0＜y≤0.1，0≤z≤0.02，x+y+z＝1。本发明的有益效果在于：通过反应原料调控一次晶粒的表面能，得到颗粒内部一次晶粒织构化生长的无锰正极材料，其致密堆积的内核可以稳定结构，减缓微裂纹的生成；织构化分布形态提供了良好的电荷转移通道，从而获得优异的循环性能和稳定性，还具有原料简单、操作方便、适合批量生产的优点。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种一次晶粒织构化的无锰高镍正极材料及其制备方法、应用。

背景技术

新能源汽车的快速发展对锂离子电池的性能提出了更高的要求，能量密度高、循环寿命长、安全性能稳定以及成本低廉的动力锂离子电池成为了研究者们追求的目标，而实现上述目标的瓶颈在于正极材料。

三元层状过渡金属氧化物(LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂)由于具有较高的能量/功率密度而成为了研究的重点。在该体系中，镍的作用在于提高增加材料的能量密度，镍在三元材料中保持+3或者+2价，但镍含量升高会导致锂镍混排问题，造成锂的析出。锰的作用在于降低材料成本、提高材料安全性和结构稳定性，但锰的导电性差，过高的锰含量会破坏材料的层状结构，使材料的比容量降低。而传统无锰高镍正极材料中，由于锰的缺失会导致结构不稳定。

目前，公告号为CN112366309A的中国发明专利公开了一种掺镁镍钴二元前驱体及其制备方法、锂离子电池正极材料和锂离子电池，该专利提出用镁元素代替锰，制备掺杂二元无锰高镍正极材料，提升LiNi_xCo_yO₂的安全性能，具有良好的电化学性能。但是，通过上述方法制备的LiNi_xCo_yO₂高镍正极材料内部一次颗粒尺寸较大，颗粒间存在较多孔隙，使电解液容易渗透进入而导致表面副反应的发生，最终使材料的结构稳定性变差，降低了电池的容量保持率。此外，一次晶粒还呈无序分布，不利于电子和离子的快速转移，进而降低了无锰高镍正极材料的充放电循环稳定性、倍率性能。因此，亟需一种结构稳定性强，充放电循环稳定性和倍率性能好的无锰高镍正极材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何一种一次晶粒织构化的无锰高镍正极材料的制备方法，以增强无锰高镍正极材料的结构稳定性强，并提升其充放电循环稳定性和倍率性能。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题：

本发明第一方面提出一种一次晶粒织构化的无锰高镍正极材料及其制备方法，包括将锂盐、镍钴前驱体、钨源和/或钽源按照摩尔比1.05:1:0.01-0.03湿法球磨混合，将固相在氧气气氛下，先以2～5℃/min的升温速度升温至420～480℃烧结4～8小时，再以2～5℃/min的升温速度升温至680～750℃烧结10～20小时，得到一次晶粒织构化的无锰正极材料LiNi_xCo_yW_zO₂或者LiNi_xCo_yTa_zO₂；其中，0.9≤x≤0.95，0＜y≤0.1，0≤z≤0.02，x+y+z＝1。