[发明专利]一种双梯度包覆的高镍三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种双梯度包覆的高镍三元正极材料及其制备方法，所述正极材料包括内核层和包覆层，其中所述内核层为高镍三元正极材料；包覆层的包覆材料渗入内核层形成第一浓度梯度，内核层由内层至外层所述包覆材料浓度逐渐增大；所述包覆层的包覆材料形成第二浓度梯度，所述包覆层由内层向外层Al浓度逐渐减小，Ti浓度逐渐增大。所述高镍三元正极材料具有高导电性、高容量、高倍率性能、循环稳定性能优异。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料领域，本发明涉及一种双梯度包覆的高镍三元正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因具有工作电压高、循环使用寿命长、无记忆效应、自放电小、环境友好等优点，已被广泛应用于便携式电子产品和电动汽车中，随着人们对能快速充放电和超高续航里程的追求，现有正极材料无法满足锂离子电池对快速充放电、高能量密度的需求。因而高镍三元正极材料由于其较高的能量密度而倍受关注，越来越多被应用于动力体系中；但高镍三元正极材料仍存在很多待解决难题，Ni²⁺和Li⁺之间的很大程度的阳离子混排是不可避免的，即使在流动的氧气中也难以维持全为Ni³⁺，Ni²⁺存在于锂电池上，阻止电池运行过程中Li离子的有效扩散途径；而在电荷下形成的Ni⁴⁺往往会与有机电解质剧烈反应，产生不良的副反应产物；这些反应在较高的温度和较高的工作电压(＞4.3Vvs.Li/Li⁺)的情况下更加恶化；此外，由于高度氧化的Ni⁴⁺的化学不稳定性导致的晶粒与电解质的副反应和NiO岩盐相形成都会降低循环过程中Li离子的扩散动力学，导致容量衰减；因此，提高Li离子的有效扩散和富镍层状氧化物表面的稳定性对于实现长期的循环性是必需的。

CN 103236537A公开了一种锂离子电池梯度核壳正极材料及其合成方法，该发明采用共沉淀的方法在三元前驱体的外层包覆二元材料和/或一元材料的前驱体，然后加入锂源混合后高温烧结，形成核心为三元材料，第一层壳为二元材料的结构式为LiNi_xMn_yO₂，其中，x:y＝0.5:0.5或0.5:1.5。第二层壳为一元材料为LiMn₂O₄或钴酸锂，所得材料倍率性能和循环性能良好，但该方法制备的材料包覆层较厚，克容量未得到良好发挥，能量密度偏低。

CN 103928673 A公开了一种复合多元锂离子电池正极材料及其制备方法，其在前驱体的外层包覆金属M的氢氧化物或碳酸盐纳米颗粒，得到包覆后的复合前驱体，然后加入锂源混合后高温烧结，形成以层状的LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂为核心，包覆一层具有同样层状结构的LiMO₂，部分LiMO₂渗入到LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂结构中，由里向外形成由少到多的梯度性掺杂，所得材料高充电截止电压下的循环性能良好，但该方法制备的材料包覆层电化学稳定性较差，高电压满电态下分解，降低了循环过程中Li离子的扩散动力学。

因此，研发一种高导电性、高容量、高倍率性能、循环稳定性好的高镍三元正极材料是锂离子电池领域的技术难题。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的提供一种双梯度包覆的高镍三元正极材料及其制备方法，所述高镍三元正极材料具有高导电性、高容量、高倍率性能、循环稳定性能优异。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明目的之一在于提供一种双梯度包覆的高镍三元正极材料，所述正极材料包括内核层和包覆层，其中所述内核层为高镍三元正极材料；包覆层的包覆材料渗入内核层形成第一浓度梯度，内核层由内层至外层所述包覆材料浓度逐渐增大；所述包覆层的包覆材料形成第二浓度梯度，所述包覆层由内层向外层Al浓度逐渐减小，Ti浓度逐渐增大。