[发明专利]梯度高镍单晶三元材料及其制备方法和使用该材料的电池

说明书

本发明涉及锂离子电池正极材料，具体提供一种梯度高镍单晶三元材料的制备方法，其中，该制备方法包括：(1)采用纳米级高镍三元材料颗粒作为晶核；(2)所述晶核与第一含镍钴锰溶液进行第一共沉淀反应，在第一共沉淀反应完成的溶液中加入第二含镍钴锰溶液进行第二共沉淀反应，依此方法进行n次共沉淀反应；第一含镍钴锰溶液至第n含镍钴锰溶液中的镍含量呈梯度降低、锰含量呈梯度增加；(3)将第n次共沉淀反应的产物、锂源和晶核进行混合，并在含氧气氛下煅烧。通过该方法制得的梯度高镍单晶三元材料具有明显单晶形态，有效提高三元材料颗粒的结构强度，并降低材料表面的残碱量，将其用于电池，能够有效提高电池的放电容量和循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池的正极活性材料，具体涉及一种梯度高镍单晶三元材料及其制备方法和使用该材料的电池。

背景技术

随着近年来新能源汽车的迅猛发展，高能量密度、长循环寿命、高安全性能、低成本等成为了电池及材料相关企业关注的核心问题。三元材料因具有比容量高、容量保持率好、承受高电压充电性能好等优点，成为了众多企业追逐的对象，其中高镍三元材料更是因其大幅度提升了材料的能量密度而成为了大家关注的焦点。

目前市面上的高镍三元材料多以二次颗粒组成，以团聚体和多晶的形式存在，这就导致了材料的压实密度偏低，而且在辊压过程和充放电循环过程中容易造成团聚颗粒的破碎，从而影响电池的整体性能。而且高镍三元材料因为镍含量的提高，颗粒表面残碱、阳离子混排等缺陷都暴露出来，同时安全性能受到了很大的冲击。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中高镍三元材料压实密度低，在制备形成电极片和充放电循环过程中容易破碎，进而导致电池循环性能和安全性能差的问题，提供一种梯度高镍单晶三元材料及其制备方法和使用该材料的电池，该三元材料形成单晶形态，有效提高三元材料颗粒的结构强度，并降低材料表面的残碱量，将其用于电池，能够有效提高电池的循环性能和安全性能。

为了实现上述目的，本发明提供了一种梯度高镍单晶三元材料的制备方法，其中，该制备方法包括：

(1)采用纳米级高镍三元材料颗粒作为晶核；

(2)所述晶核与第一含镍钴锰溶液进行第一共沉淀反应，在第一共沉淀反应完成的溶液中加入第二含镍钴锰溶液进行第二共沉淀反应，依此方法进行n次共沉淀反应；第一含镍钴锰溶液至第n含镍钴锰溶液中的镍含量呈梯度降低、锰含量呈梯度增加；

(3)将第n次共沉淀反应的产物、锂源和晶核进行混合，并在含氧气氛下煅烧；

其中，n≥3。

本发明还提供一种由上述方法制得的梯度高镍单晶三元材料。

本发明还提供了一种锂离子电池正极，包括上述三元材料。

本发明还提供了一种锂离子电池，包括上述正极。

本发明还提供了一种电池组，由上述的锂离子电池串联和/或并联组成。

本发明还提供了一种电池动力车，包括上述的电池组。

本发明制得的梯度高镍单晶三元材料为单晶形式，能够有效提高颗粒的结构强度，避免材料在使用过程中出现的破碎问题，该高镍单晶三元材料还可以形成从颗粒核心向外镍含量逐渐降低、锰含量逐渐增加的浓度梯度，有效降低颗粒表面的残碱量，稳定材料表面结构，提升电池循环性能和安全性能。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1为实施例1中高镍单晶三元材料的制备工艺流程图；

图2为实施例1中制备的高镍单晶三元材料S1的SEM图；

图3为实施例1制备的三元材料组装形成的电池的放电性能和循环性能示意图。