[发明专利]具有表面微梯度结构的镍基锂离子正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有表面微梯度结构的镍基锂离子正极材料，其分子式为Li_aNi_xR_yO₂，其中，1≤a≤1.2，0.3≤x≤0.98，0.01≤y≤0.6，R为掺杂元素，掺杂元素为元素周期表中除Ni、Zn、Cu外的其它金属元素中的一种或一种以上的组合；本发明还公开了具有表面微梯度结构的镍基锂离子正极材料的制备方法；本发明通过制备具有表面微梯度结构的镍基正极材料，可以仅在材料的外表面形成很薄的一层具有较多掺杂元素，结构稳定且具有梯度结构的覆盖层，这样材料的主体基本不变，表层又能形成稳定的，具有电化学活性和高电导率的均匀保护层，可以最大程度的在保证材料电化学容量的同时提高其安全性、稳定性。

技术领域

本发明属于电池正极材料制备方法技术领域，具体涉及具有表面微梯度结构的镍基锂离子正极材料及其制备方法。

背景技术

镍基锂离子电池正极材料由于具有较高的能量密度以及相对较简单的制备工艺被广泛应用于IT产品以及新能源汽车领域。但镍基正极材料由于结构稳定性欠佳，高价镍易与电解液反应，造成电解液的分解，并放出气体，对材料的循环寿命及安全性造成极大的危害。一般采用掺入钴、锰、铝等掺杂金属部分的取代镍以改善其稳定性。但由于钴储量很低，仅不到镍储量的十分之一，随着新能源汽车的爆发，钴价格成倍增加；掺入的锰仅能贡献很少的容量，所以锰的大量掺入虽能提高材料稳定性，但会严重降低镍基正极材料的电化学容量；Al等电化学惰性的掺杂元素同样也是会随着掺入量的增加而显著降低电化学容量。梯度镍基正极材料是化学成分从球形材料颗粒的芯部到表面连续变化，芯部含量高，电化学容量高，表层掺杂元素含量高，化学稳定性好，从而可以一定程度上在保证材料电化学容量的同时提高稳定性，但传统梯度材料一般是在制备前驱体时通过控制金属离子含量的连续变化来实现的，不但前驱体制备困难，而且烧结后材料颗粒中会形成大量蚁穴状微通道，电解液还是可以通过这些微通道渗入到颗粒内部的高镍部分，影响材料稳定性和安全性。表面包覆可以虽然可以在材料表面包覆一层稳定性好的材料，但表面包覆很难做到原子级的均匀包覆，存在明显的局部裸露和局部包覆层过厚的问题，其包覆的化合物一般均为电化学惰性的，且离子电导率和电子电导率一般均非常低，会严重影响材料的倍率性能和容量。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有表面微梯度结构的镍基锂离子正极材料。

本发明的另一个目的是提供上述具有表面微梯度结构的镍基锂离子正极材料的制备方法，通过制备具有表面微梯度结构的镍基正极材料，可以仅在材料的外表面形成很薄的一层具有较多掺杂元素，结构稳定且具有梯度结构的覆盖层，这样材料的主体基本不变，表层又能形成稳定的，具有电化学活性和高电导率的均匀保护层，可以最大程度的在保证材料电化学容量的同时提高其安全性、稳定性。

本发明所采用的技术方案是：

具有表面微梯度结构的镍基锂离子正极材料，分子式为Li_aNi_xR_yO₂，其中， 1≤a≤1.2，0.3≤x≤0.98，0.01≤y≤0.6，R为掺杂元素。

本发明的特点还在于：

所述掺杂元素为元素周期表中Ni、Zn、Cu外剩余金属元素的一种或一种以上的组合。

上述具有表面微梯度结构的镍基锂离子正极材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，称取镍基锂离子电池正极材料；

步骤2，将掺杂元素包覆到步骤1中镍基锂离子电池正极材料的表面以及蚁穴状微孔隙内，得到包覆有掺杂元素的正极材料；