[发明专利]一种无钴高镍正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种无钴高镍正极材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将镍源和锰源按照Ni:Mn＝9～99:1混合得到盐溶液A，将镍源和锰源按照Ni:Mn＝2～4:1混合得到盐溶液B；(2)将盐溶液A、氨水和碱液并流加入反应容器进行一步反应后，将盐溶液A换成盐溶液B进行二步反应，得到无钴高镍前驱体；(3)将前驱体与锂源和掺杂剂混合烧结后进行酸洗冲刷，加入锂盐溶液通电进行再生修复后与硼酸混合烧结得到所述无钴高镍正极材料，本发明合成表面富锰内部富镍的正极材料，结合新型酸洗冲刷工艺可以提高材料的结构稳定性同时还可以提高锂离子脱锂速率和脱锂量，从而得到更好的循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种无钴高镍正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

汽车行业电动化趋势日益明显，全球各大汽车制造厂商都纷纷宣布电动化的节点，作为电动化的核心部件动力电池需求量将迎来爆发式增长，正极材料的需求量将持续增长。

目前主流的高能量密度正极材料为三元正极材料，三元正极材料由于其对Co元素的需求量增大，目前Co已经占到动力电池的10％，同时Co资源的开发不确定性因素将会影响电动化的进程，因此，开发无钴正极材料迫在眉睫。

值得关注的是，当Ni含量在90％以上，Co的作用将不再明显，因此无钴NM和NCM将表现出相当的电化学性能。

CN111916726A公开了一种高镍三元正极材料及其制备方法。所述制备方法包括：聚苯乙烯球表面原位生长Mg-MOF-74材料，得到Mg-MOF-74@PS；将Mg-MOF-74@PS浸渍包含掺杂元素X的溶液，得到X-Mg-MOF-74@PS；以X-Mg-MOF-74@PS为核心，原位生长镍锰前驱体，得到具有核壳结构的镍锰前驱体；将上述镍锰前驱体与锂源混合，高温锂化，得到内层梯度掺杂的中空镍锰二元正极材料；将上述镍锰二元正极材料与ZIF-8混合，煅烧，得到氮掺杂石墨碳包覆的中空高镍无钴正极材料。

CN113809290A公开了一种无钴高镍正极材料及其制备方法。该方法包括以下步骤：配制包覆层金属的可溶性盐溶液，加入络合剂，调节pH，加入无钴高镍正极材料基体，进行化学镀反应，经固液分离，干燥，煅烧，得到所述无钴高镍正极材料。

上述方案所述高镍无钴正极材料存在有循环稳定性差，产气风险高等问题，限制了其在实际中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无钴高镍正极材料及其制备方法和应用，本发明通过合成表面富锰内部富镍的正极材料，结合新型酸洗冲刷工艺不仅可以提高材料的结构稳定性同时还可以提高锂离子脱锂速率和脱锂量，从而得到更好的循环性能。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种无钴高镍正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将镍源和锰源按照Ni:Mn＝9～99:1与溶剂混合得到盐溶液A，将镍源和锰源按照Ni:Mn＝2～4:1与溶剂混合得到盐溶液B；

(2)将盐溶液A、氨水和碱液并流加入反应容器进行一步反应后，将盐溶液B、氨水和碱液并流加入反应容器进行二步反应，陈化后得到无钴高镍前驱体；

(3)将无钴高镍前驱体与锂源和掺杂剂混合经一步烧结后进行酸洗冲刷后加入锂盐溶液通电进行再生修复，将得到的物料与硼酸混合经二步烧结，得到所述无钴高镍正极材料。

本发明通过合成表面富锰内部富镍的正极材料有效提高了无钴多晶一次颗粒的机械强度，并且能使得一次颗粒镜像排布更佳，提高了二次颗粒球的断裂强度，从而降低在电池充放电过程中结构破坏，提高循环稳定性。

优选地，步骤(1)所述镍源包括硫酸镍。

优选地，所述锰源包括硫酸锰。