[发明专利]一种高性能浓度梯度高镍材料、其制备方法及在锂离子电池的用途

说明书

本发明公开了一种高性能浓度梯度高镍材料、其制备方法及在锂离子电池的用途。本发明通过采用梯度包覆的方法生成浓度梯度前驱体x[Ni(OH)₂]·y[Co(OH)₂]·(1‑x‑y)[M(OH)_a]，然后加锂烧结得到LiNi_xCo_yM_1‑x‑yO₂高镍正极材料，M为Al、Mn、Ti、Zr、Zn、Fe、Mg、Nb、V、W、Ca、Cr中的一种或至少两种的组合0.6≤x≤1.0，0.1≤y≤0.4，2≤a≤5。本发明的浓度梯度高镍材料具有较好的晶体结构、较高的振实密度，以其作为正极活性材料制得的电池具有优异的电化学性能，本发明的方法成本相对低廉、操作简单适合工业化生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，涉及一种浓度梯度高镍材料、其制备方法及用途，尤其涉及一种高性能浓度梯度高镍材料、其制备方法及在锂离子电池的用途。

背景技术

现有高能量密度动力锂电的需求带动了高比容量的高Ni三元材料的应用和持续提升，并随着美国Tesla的热卖，锂电企业都把材料选择重点放在了高镍多元材料上面，由常规的LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂逐渐转向高镍含量的多元材料LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂、LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂、LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂和更高镍的NCA材料。

高镍多元材料存在的主要问题是制备出严格化学计量比的材料困难，残余碱量高、存在Li/Ni混排导致循环稳定性变差等问题。针对上述问题，近年来研发人员采用了多种阴、阳离子或多元体相掺杂，来稳定高镍材料的结构，以达到提升循环及存储性能的效果。

针对体相掺杂，国内外文献专利(比如EP2207227(A1))报道了通过掺杂Mg、Al、Zr和Sn等元素，可以稳定材料的结构，降低阳离子混排程度，比如但是材料的放电比容量有所降低。

此外，包覆也是一种防止电解液对正极材料腐蚀，提升材料循环及存储稳定性的有效方法。

但这些方法都无法从本质上解决高镍材料电性能较差的问题，这是高镍材料产业化并大规模应用的关键瓶颈。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种浓度梯度高镍材料、其制备方法及用途，尤其涉及一种高性能浓度梯度高镍材料、其制备方法及在锂离子电池的用途。本发明的浓度梯度高镍材料结晶度高，能够降低不可逆容量损失，改善循环性能、倍率性能和安全性等问题。

本发明所述“高性能浓度梯度高镍材料”中的“高性能”指：该浓度梯度高镍材料在拥有很高的放电比容量的同时在电解液中的稳定性得到了较大的提高，尤其是大电流充放电能力和高低温循环性能，常温1C循环100周的容量保持率在91％以上，45℃高温下1C循环100周容量保持率在94％以上，常温5C下的放电容量在146mAh/g以上。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种浓度梯度高镍材料，尤其是一种高性能浓度梯度高镍材料，所述浓度梯度高镍材料的前驱体为浓度梯度前驱体，且所述浓度梯度高镍材料中，Li、Ni、Co、M和O的摩尔比为1:x:y:(1-x-y):2；

其中，M为Al、Mn、Ti、Zr、Zn、Fe、Mg、Nb、V、W、Ca、Cr中的一种或至少两种的组合，0.6≤x≤1.0，0.1≤y≤0.4。

第二方面，本发明提供如第一方面所述的浓度梯度高镍材料的制备方法，所述方法包括：