[发明专利]一种无钴高镍三元浓度梯度核壳结构锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

一种无钴高镍三元浓度梯度核壳结构锂离子电池正极材料及其制备方法。本发明的正极材料的化学式为Li[Ni_xMn_1‑x‑yW_y]O₂，其中x、y为摩尔数，0.8≤x＜1，0＜y≤0.1。本发明的制备方法为：将含镍、锰、钨的第一盐溶液及氢氧化钠溶液、氨水溶液加入反应釜中反应形成前驱体内核，再将不同比例的含镍、锰、钨的第二盐溶液加入反应釜，充分反应后进行离心洗涤、烘干、筛分除铁后与氢氧化锂混合焙烧，得到三元浓度梯度核壳结构锂离子电池正极材料。本发明的浓度梯度正极材料具有较好的晶体结构、较高的振实密度，以其作为正极材料制得的电池具有优异的电化学性能；本发明制备方法简单可控、成本低廉，适合工业化生产。

技术领域

本发明涉及电池材料领域，具体涉及一种无钴高镍三元浓度梯度核壳结构锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

NCM三元正极材料具有高容量、长寿命、低成本以及原料来源丰富等优点，广泛应用于小型锂离子电池以及动力电池领域，是一种极有应用前景的锂离子电池正极材料。其中，钴元素在三元正极材料中，主要作用是提高晶体导电性和稳定材料的层状结构，以提升材料的循环和倍率性能，因此钴在高镍正极材料中的作用十分重要。然而，目前全球资源范围内钴矿资源短缺，存储量仅为687.5万吨，而原材料成本价格偏高是阻碍高镍正极材料广泛应用的主要原因之一。因此，寻找一种资源储量高、价格低廉且不影响高镍正极材料电化学性能的过渡金属元素替代钴，是目前商业界和学术界共同关注的热点问题。

为此，本发明通过使用W替代Co，开发了一种具有高循环稳定性的新型正极材料Li[Ni_xMn_1-x-yW_y]O₂。该制备方法操作方便、工艺简单，适用于工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种无钴高镍三元浓度梯度核壳结构锂离子电池正极材料及其制备方法。本发明正极材料组装的电池具有优异的循环稳定性以及良好的耐高压性能；本发明制备方法简单合理，成本较低。

本发明采用以下技术方案：

一种无钴高镍三元浓度梯度核壳结构锂离子电池正极材料，其特征在于，所述正极材料的化学式为Li[Ni_xMn_1-x-yW_y]O₂，x、y为摩尔数，其中，0.8≤x＜1，0＜y≤1。

一种基于上述的三元浓度梯度核壳锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)配制含镍、锰、钨的第一盐溶液，其中镍离子、锰离子、钨离子的摩尔比为(90-100)：(10-20)：(0-10)，第一盐溶液中镍离子的浓度、锰离子的浓度、钨离子的浓度之和为2.00mol/L-4.00mol/L；配置含镍、锰、钨的第二盐溶液，其中镍离子、锰离子、钨离子的摩尔比为(60-70)：(30-40)：(0-10)，第二盐溶液中镍离子的浓度、锰离子的浓度、钨离子的浓度之和为2.00mol/L-4.00mol/L；

(2)将第一盐溶液以2.5L/h-5L/h的速率加入到氮气气氛的反应釜中，同时向反应釜中加入氢氧化钠溶液作为沉淀剂和氨水溶液作为络合剂，进行第一次共沉淀反应，得到前驱体内核部分，前驱体内核部分分子式为[Ni_mMn_1-m-nW_n](OH)₂，其中，0.9≤m＜1，0＜n≤0.1；氢氧化钠溶液的浓度为2mol/L-4mol/L，氨水溶液的浓度为1mol/L-4mol/L；第一次共沉淀反应的工艺条件为：反应釜内氨浓度保持4g/L-12g/L、反应PH为10-12、反应时间为20h-50h、转速为300rpm-450rpm；