[发明专利]一种锂离子电池梯度正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池梯度正极材料及其制备方法，该材料的平均组成如式：Li_0.3+δNi_xCo_yMn_zD_{1‑x‑y‑z}O₂，0≤δ≤0.9，0.3≤x≤1，0≤y≤0.4，0≤z≤0.4，D为Mo、Ca、Mg、Fe、Zr、Ti、Zn、Y、W、V、Nb、Sm、La、B、Al、Cr中的一种或多种，其中掺杂元素D的含量从颗粒核心到表面逐渐增大。本发明根据球形材料中不同区域的倍率不同，对掺杂元素进行优化分配；在沉淀过程中通过改变不同阶段掺杂元素的含量，来提升材料内部晶体结构中锂离子传输速率，进而提高现有多元材料的倍率性能与循环寿命。此过程连续可控，操作简单，成本低，适合大规模生产制备。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种锂离子电池梯度正极材料及其制备方法。

背景技术

凭借高放电电压、高比能量、高比功率及长寿命等优点，商用锂离子电池正极材料三元材料LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂成为人们的研究热点，并且通过调整其中各元素含量，可以衍生出多种正极材料。为了满足电动车的需求，三元材料的倍率性能、循环性能与安全性能还需要，其中，增强材料的倍率性能的同时还需要兼顾材料的其他性能，成为亟待解决的关键问题之一。

传统的三元正极材料在进行充放电测试时，材料的晶体结构中的锂离子展现出不同的传输速率，其中存在局部过充，并导致锂离子传输受阻，导致部分结构发生坍塌使电池阻抗增加，容量降低，其主要原因为材料的晶体结构中的锂离子传输速率不均匀，导致材料内部不均匀充放电现象的产生。

如何改善正极材料的晶体结构中锂离子传输速率，进而正极材料的倍率性能、循环性能及安全性能，现有的技术手段主要分为以下三种：表面包覆及掺杂、体相掺杂及控制粒径等。专利申请CN104781964A制备出一种表面具有尖晶石相的正极材料，该材料的倍率性能得到提高，但尖晶石相材料在循环过程中存在的Jahn-Teller效应将导致材料失效。专利申请CN104471759A制备出锂离子电池正极材料为锂钴基氧化物和经表面处理的锂镍基氧化物，通过调整材料的烧结粒径可以改善材料倍率性能，但单一组分及表面处理过材料的晶体结构仍然存在着缺陷，致使材料的稳定性较差。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种锂离子电池梯度正极材料及其制备方法，该方法能够提供一种具有快锂离子传输速率的稳定晶体结构的材料，并且通过控制材料颗粒中的掺杂元素含量呈梯度变化，能够有效地提高材料颗粒中不同区域的锂离子传输速率，从而提高材料的倍率性与循环寿命，材料制备工艺简单，成本相对低廉。

为实现上述目的，本发明公开了一种锂离子电池梯度正极材料，该材料的平均组成如式：Li_0.3+δNi_xCo_yMn_zD_1-x-y-zO₂，0≤δ≤0.9，0.6≤x≤1，0≤y≤0.4，0≤z≤0.4，D为Mo、Ca、Mg、Fe、Zr、Ti、Zn、Y、W、V、Nb、Sm、La、B、Al、Cr中的一种或多种，上述材料中掺杂元素D的含量从颗粒核心到表面逐渐增大。

另一方面，为实现本发明的目的，本发明还提供了一种该锂离子电池梯度正极材料的制备方法，具体技术方案包括以下步骤：

(1) 采用Ni、Co、Mn过渡金属可溶盐为原料，按照一定比例配置过渡金属盐混合溶液，加入原料罐；

(2) 采用多个不同浓度的Ti溶胶分罐，将不同浓度的Ti溶胶加入掺杂元素总罐，通过控制Ti溶胶的流速及总罐中液体体积，进而控制Ti元素在材料中呈梯度变化；