[发明专利]一种梯度包覆镍酸锂材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学合成技术领域，具体涉及一种特殊的梯度包覆镍酸锂材料的制备方法。这种特殊的镍酸锂材料中镍含量白一定半径处从内向外逐渐降低而包覆元素的含量逐渐升高。

背景技术

锂离子电池作为一种绿色二次电池，具有重量轻、体积小、放电平台高、容量大、循环寿命长、无记忆效应等优点，已广泛应用于手机、相机、笔记本电脑等移动式电子电器，同时也正越来越多地用于人造卫星、航空航天、电动汽车等领域。

锂离子电池中，正极材料是性能和成本的关键，其中层状的LiNiO₂由于具备很高的放电比容量和低廉的成本优势，被认为是最有可能替代目前商业化最成功的LiCoO₂的材料之一。LiNiO₂的电化学反应机理涉及三个六方相和一个单斜相之间的三次一级相变，对应着充放电曲线上的三个充放电平台。LiNiO₂由于其极差的电化学循环性能和热力学稳定性限制了该材料的广泛运用。一种解决这种缺陷的有效方法就是用钴原子去部分替代LiNiO₂晶格上的镍原子，能大大改善镍基材料的循环性能。之后，又发现Li[Ni_0.8Co_0.15Al_0.05]O₂可以进一步改善材料的热力学稳定性。但是，镍钴二元及其掺杂系列材料尽管在电化学性能和热力学性能上相对LiNiO₂有较大改善，但其循环性能和高温性能仍不能满足人们的需求。

2008年，韩国汉阳大学Yang—Kook Sun开发了新型的梯度锂离子电池材料，该材料的内核是镍含量较高的镍钴锰三元材料，外面的包覆层也是镍钴锰三元材料，但其中的镍钴锰含量连续变化，镍含量逐渐降低，其它元素含量逐渐增加。这种特殊设计的正极材料，表现出了高能量、长寿命和很好的安全性能。该课题组制备了一系列的梯度包覆的镍基复合材料：Li[Ni_0.67Co_0.15Mn_0.18]O₂、Li_1.2[Mn_0.62Ni_0.38]_0.8O₂、Li[Ni_0.81Co_0.06Mn_0.13]O₂、Li[Ni_0.82Co_0.04Mn_0.14]O₂和Li[Ni_0.83Co_0.07Mn_0.10]O₂等等。然而在他们的工作中，内核均为镍钴锰三元材料，因此属于对三元材料的改性。最后的复合材料中镍占过渡金属的比例都没有超过90%的。该三元材料的电化学反应机理为锂嵌入和脱出单一六方相的固溶体行为，表现出来的充放电特征为连续平滑的曲线。与LiNiO2的反应机理有明显区别。

发明内容

本发明提供一种镍酸锂材料及其制备方法，并通过本发明的材料的成功制得，可有效解决现有镍酸锂容量衰减快和热力学稳定性差等问题。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种梯度包覆镍酸锂材料，所述的材料内核为镍酸锂，分子式为：LiNi_1-xM_xO₂，其中0＜x≤0.3，所述M是掺杂的金属离子；镍含量自半径r处从内向外逐渐降低而M的含量逐渐升高，0＜r＜R（R为产物颗粒半径）；（切面元素含量关系见图5-图8）。M优选自镁、镍、铁、钛、锌、钴、锰、铝、铌、钒中的一种或几种。

M可以表示一种包覆的掺杂金属离子，也表示为多种不同的包覆的掺杂金属离子，当M表示多种掺杂金属离子时，通式中的M_x为多个，例如实施例2中的LiNi_0.90Co_0.04Mn_0.04Al_0.02O₂，即表示同时掺杂Co、Mn和Al的情况，掺杂量根据原料x的加入量来确定。

本发明的梯度包覆镍酸锂材料的制备方法，具体步骤为：

1）配制反应溶液