[发明专利]高镍核壳结构梯度镍钴锰三元正极材料及其制备方法

说明书

高镍核壳结构梯度镍钴锰三元正极材料及其制备方法，所述三元正极材料为其化学式为：LiNi_xCo_yMn_(1‑x‑y)O₂，其中，0.70≤x≤0.85，0.05≤y≤0.20，1‑x‑y＞0，是由高镍初核、中层和壳层组成的核壳结构颗粒；镍元素在高镍初核中均匀分布，并从中层开始至壳层逐渐递减，钴元素在高镍初核、中层和壳层中均匀分布，锰元素从中层开始至壳层逐渐增加。本发明还公开了所述三元正极材料的制备方法。将本发明所制成的三元正极材料组装成电池，放电比容量高、循环及倍率性能好；本发明方法工艺简单、成本低、适宜于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种镍钴锰三元正极材料及其制备方法，具体涉及一种高镍核壳结构梯度镍钴锰三元正极材料及其制备方法。

背景技术

进入21世纪，世界范围内大规模能源紧缺与环境污染的问题日益严重，迫使人们寻求能够替代传统化石能源，并能够储存新能源（太阳能、风能及核能等）的绿色电源系统。锂离子电池凭借其具有优异的能量密度、倍率性能及长使用寿命，广泛应用到移动电话、数码相机与便携式个人电脑等设备上，并且其应用目标正从小型移动设备向大型电动车车用电池系列，如纯电动车、混合电动车及插入式混合电动车等的车用电池，与能量储存系统等方面转变。锂离子电池应用到大型动力电池及能量储存电池中，关键在于能量密度、功率密度、寿命、安全性及价格等五方面因素。其中，解决这些问题时，既要优化电池装配工艺及电池管理系统，又要从锂离子电池体系的组成部件，如正极材料、负极材料、隔膜及电解液等方面进行强化。在锂离子电池体系中，正极材料制约着电池整体性能的发展。三元材料作为锂离子电池正极材料中的一种，由于其电压高、比容量高、成本低廉等优点，是公认的最有发展前景的锂离子电池正极材料之一。

CN103700845A公开了一种镍钴锰三元材料的制备方法，是通过配置三种不同浓度的硫酸锰、硫酸镍、硫酸钴溶液，以及三种不同浓度的氢氧化钠和氨水溶液，利用不同的加料顺序制备梯度正极三元材料。但是，该材料在高倍率下的性能不佳，5C倍率的电压下，放电比容量仅有150mAh/g。

CN106058238A公开了一种镍钴锰三元材料的制备方法，是采用镍、钴、锰的可溶盐，以氧化物为沉淀剂，通过共沉淀法备镍钴锰三元材料前驱体，再在三元材料前驱体中加入氟化锂、碳酸锂、乙酸镁，进行球磨烧结。虽然该方法使用共沉淀法制备得到三元正极材料，并使用氟、镁掺杂，改善了其循环和倍率性能，但是，合成工艺繁琐，不利于市场化大规模生产。

通常为了获得高比容量，会增加三元材料中镍元素的占比，但是，高镍三元材料的倍率和循环性能较差，因此，如何在三元材料具备高容量密度的同时，能够具有相对良好的循环及倍率性能成为科研人员的研究重点之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种放电比容量高、循环及倍率性能好的高镍核壳结构梯度镍钴锰三元正极材料。

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种工艺简单、成本低、适宜于工业化生产的高镍核壳结构梯度镍钴锰三元正极材料的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：高镍核壳结构梯度镍钴锰三元正极材料，其化学式为：LiNi_xCo_yMn_(1-x-y)O₂，其中，0.70≤x≤0.85，0.05≤y≤0.20，1-x-y＞0，是由高镍初核、中层和壳层组成的核壳结构颗粒；镍元素在高镍初核中均匀分布，并从中层开始至壳层逐渐递减，钴元素在高镍初核、中层和壳层中均匀分布，锰元素从中层开始至壳层逐渐增加。本发明三元正极材料的高镍初核致密，能够使得该梯度材料相比传统的全梯度材料在保证梯度层厚度的情况下提供高容量；而中层为较疏松的梯度层，首先在锂离子嵌入时，可起到一定的结构缓冲，抑制结构损坏，其次，可抑制阳离子混排，提升材料性能；而碳酸盐壳层则进一步为材料颗粒提供结构保护作用，防止颗粒因大倍率或多循环充放电而破损。