[发明专利]一种具有浓度梯度的高镍三元锂电池正极材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种具有浓度梯度的高镍三元锂电池正极材料及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：将镍源与钴源混合熔融，使用含有少量钴源的镍源晶体进行提拉生长，同时逐渐提高钴源浓度，形成具有浓度梯度的镍源/钴源晶体，将具有浓度梯度的镍源/钴源晶体再与锰源和锂源混合、烧结，获得具有浓度梯度的高镍三元锂电池正极材料。该方法制备的高镍三元锂电池正极材料在使用过程中容量损失低，性能稳定，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，且特别涉及一种具有浓度梯度的高镍三元锂电池正极材料及其制备方法。

背景技术

锂电池具有使用环保、无记忆效应等优异的性能，成为了21世纪最为热门的新型能源之一。其中高镍三元材料具有较高的理论容量、较好的工作稳定性，是目前锂电池研究的重要方向。但由于其镍含量较高容易引起与电解液的副反应等缺点，限制了其在产业化方向的应用。针对这一缺点的改进方式有表面包覆及浓度梯度控制等。

专利CN103700845A提出了一种浓度梯度分布锂镍钴锰氧三元锂电池正极材料的制备方法，通过逐项加入浓度梯度的镍/钴/锰源进行反应，形成具有浓度梯度的前驱体材料。但这种液相合成方法制备工序复杂，难以有效控制其浓度梯度的均匀性和一致性，无法在大规模工业化生产中实际应用。因此，简化浓度梯度材料制备工艺、提高工艺的稳定性和产品的一致性对于规模化生产具有十分重要的实际意义。

目前针对锂电池稳定性的改进方式主要为降低镍含量、优化材料粒径、降低材料比表面积、降低电池的充电截止电压等，但这类方式都对电池本身的电化学性能有不利的影响。由于高镍三元正极材料循环性能和高温性能较差，掺杂改性如镁、铝等主要针对其可逆容量，但会带来电池充电电压下降的不利影响。同时制备方法对于锂离子电池材料的性能影响很大。因此针对高镍三元正极材料稳定性的研究和制备方法的合理运用具有十分重要的实际意义。

中国发明专利申请号201710590293.7公开了一种锂离子电池用高镍正极三元材料，由锂元素、镍元素、钴元素、锰元素和氧元素组成，其中，镍元素在化合物中的存在价态为+2或者+3，钴元素在化合物中的存在价态为+3价，锰元素在化合物中的存在价态为+4价，锂离子电池用高镍正极三元材料为六方晶系层状结构。还提供了上述锂离子电池三元材料的制备方法，以Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1(OH)₂为前驱体，LiOH/Li₂CO₃/LiNO₃为锂源，通过高温固相烧结法在空气气氛下煅烧，获得可用作锂离子电池的正极材料。此发明的锂离子电池正极材料具有容量高，循环性能好，合成条件简单，成本低的优点。

中国发明专利申请号201510672398.8公开了一种钙掺杂锂离子电池三元正极材料及其制备方法，属于无机材料技术领域。该钙掺杂锂离子电池三元正极材料，是通过在三元材料中掺杂钙元素，采用简单的固相法和高温固相烧结反应制得；制备方法为将乙酸镍，乙酸锰，乙酸钴，硝酸钙和LiOH·H₂O研磨混匀，将得到的混合物，以3℃~5℃/分钟的升温速率，升温至500℃，保持5~8小时。再以同样的升温速率升温至700~1000℃，煅烧12~24小时，自然冷却至室温。此发明制备的钙掺杂三元正极材料相比于没有掺杂的材料，在电池比容量、循环稳定性和倍率性能等方面都有了很大的提高和改进。

中国发明专利申请号201611238223.7公开了一种锂离子电池高电压三元正极材料及其制备方法，采用梯度共沉淀法合成正极材料前驱体，固相法制备正极材料。合成的前驱体颗粒中镍元素含量由内而外呈梯度分布。将所得前驱体按比例与锂源和氟源混合研磨均匀，并放入管式炉中；在富氧空气气氛下预烧；再升温至烧结，即得到目标产物。该方法制备的锂离子电池正极材料无杂相，结晶度好，在高电压充电条件下表现出了优异的电化学性能，是一种高能量密度正极材料，而且操作工艺较简单，原料来源广泛，易于实现规模化工业生产。