[发明专利]一种具有浓度梯度的高镍三元锂电池正极材料的制备方法

说明书

本发明属于锂电池制备的技术领域，具体涉及一种具有浓度梯度的高镍三元锂电池正极材料的制备方法。通过使镍源在水溶液中形成多层混悬液，其底层浓度较高，上层浓度较低，加入钴源与锰源并络合后，络合物均匀分散在不同层间，通过强吸附性材料自下而上依次吸附后，在吸附材料内部形成浓度梯度层，最后通过高温烧结去除有机相的同时，合成具有浓度梯度的高镍三元锂电池正极材料。通过强吸附性材料在混悬液中依次吸附不同浓度的前驱体层，实现浓度梯度均匀分布的高镍三元前驱体，从而提高正极材料的性能。

技术领域

本发明属于锂电池制备的技术领域，具体涉及一种具有浓度梯度的高镍三元锂电池正极材料的制备方法。

背景技术

三元材料（镍钴锰酸锂）提高镍的含量能大大提升材料的比容量，因此高镍三元材料必然是将来大型电池的一种理想材料。当前常见的锂电池，主要有三元锂、磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂等等，都是按照正极材料的类型来命名。

当前商业化比较充分的正极材料主要有钴酸锂，磷酸铁锂，锰酸锂和三元锂四种。其中，钴酸锂虽然能量密度等方面存在明显优势，但是安全问题成了瓶颈，使用的范围越来越小。锰酸锂，循环性能比较差，高温性能不好，虽然抗过充能力强，成本又低，但现在主要只在低端或低速车辆上还有使用，市场份额也在缩小。只剩下磷酸铁锂和三元锂是当前真正的主流，二者一个占据能量密度和低温性能的优势，另一个则拥有循环寿命和安全性的优势，国家政策和终端用户在二者之间有些难于抉择。目前为止，公交车主要使用磷酸铁锂，乘用车等对续航和客户体验要求较高的车型则选择三元锂电池。不同比例NCM材料的优势不同，可以根据具体的应用要求加以选择。Ni 表现高的容量，低的安全性；Co 表现高成本，高稳定性；Mn 表现高安全性、低成本。要想提高电池的能量密度，提升车辆续驶里程，当前主流观点是在高镍方向上，提高高镍三元的安全性达到车辆使用要求。

高温循环一定周期后，发现晶界之间存在大量失去活性的二价、三价Ni离子，退出循环的Ni离子，无法参与电荷补偿，电池容量衰减比例近似的与这部分失活离子数量相当，推测高温低电压窗口下的容量衰减主要形式是Ni离子的失去活性造成的。另外，高温循环，容易带来正极材料晶格塌陷，从NiO₆蜕变为NiO，从而失去活性。有试验现象表明，SEI膜的电导率差，也会造成高温循环容量衰减。

中国发明专利申请号201510032288.5公开了一种金属梯度掺杂锂电池正极材料，包含六方晶正极材料主体及修饰金属，且主体是由镍、钴单一金属或镍与钴、镍与锰、钴与锰两种金属或镍与钴与锰三种金属的任一形式氧化物构成正极材料粉体的活性单元，而修饰金属是不同于镍、钴、锰三者活性金属的元素，尤其是，修饰金属较集中于正极材料粉体的表面，并朝核心呈现连续递减，形成连续浓度梯度掺杂分布，且材料粉体中无界面与无分层。由于修饰金属在正极材料粉体表面的浓度较高，可降低正极材料的表面对电解液的反应性，提升锂电池的稳定性及安全性，且剂量低，可增加能量密度及使用寿命。

中国发明专利申请号201310674203.4公开了一种具有梯度结构的全固态锂电池及其制备方法，该全固态锂电池由具有梯度结构层的正极、固体电解质层、和金属负极或者具有梯度结构层的负极组成；制备方法是先配置不同组分浓度或粒度或分子量的正极浆料，按组分的浓度梯度或粒度梯度或分子量梯度将正极浆料涂覆在集电极上制备电极层，再在电极层上涂覆固体电解质层，最后粘连金属负极，或者配置不同组分浓度或粒度或分子量的负极浆料，按制备正极电极层的方法中相反的浓度梯度或粒度梯度或分子量梯度将负极浆料涂覆在电解质层上制备负极电极层，最后粘连集电极，即得具有梯度结构的全固态锂电池；该制备方法简单，制得的全固态锂电池大倍率充放电稳定，大电流下能正常工作。