[發明專利]一種富鎳濃度梯度型鎳鈷鋁酸鋰正極材料、其制備方法及鋰離子電池

在審

• 申請號: 201410478280.7
• 申請日: 2014-09-18
• 公開（公告）號: CN104300135A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 徐宇興;高曉勇
• 申請（專利權）人: 秦皇島中科遠達電池材料有限公司
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M4/525;H01M4/62;H01M4/1393;H01M10/0525
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明提供一種富鎳濃度梯度型鎳鈷鋁酸鋰正極材料、其制備方法及鋰離子電池，所述的富鎳濃度梯度型鎳鈷酸鋰正極材料形貌近似球形，具有核殼結構，內層Ni元素含量高，外層Mn元素含量高，進行體相鉬元素摻雜和顆粒表面氧化鋁均勻包覆。本發明所提供的富鎳濃度梯度型鎳鈷鋁酸鋰正極材料在350mA/g的電流密度下可逆放電此容量大于172mAh/g，以2C的倍率充放電循環100次后容量保持率大于85％。本發明所提供以富鎳濃度梯度型鎳鈷鋁酸鋰為正極材料鋰離子電池具有此容量高、熱穩定性和循環穩定性好、倍率特性優良等突出優點，在電子設備、通訊和交通等領域具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及鋰離子電池正極材料及鋰離子電池制備技術，特別涉及一種富鎳濃度梯度型鎳鈷鋁酸鋰正極材料及由該正極材料作為正極活性物質的鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池具有電壓高、能量密度大、循環性好、無記憶效應等諸多優點，在移動電源、各種便攜式電子設備、高端數碼、電動汽車等領域應用廣泛。相應的，人們對鋰離子電池正極材料的要求也越來越高，但是目前市場上已經成熟應用的鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰及常規的鎳鈷錳系三元材料在高能量密度、高安全性及良好的循環性能等方面均不同程度的存在一定的不足，不能同時滿足上述要求。然而，近年來引起人們廣泛研究和關注的鎳鈷鋁酸鋰正極材料，尤其是富鎳型鎳鈷鋁酸鋰正極材料與上述正極材料相比具有更高的比容量，但是在合成過程中容易產生Ni2+向Ni3+轉變不完全的現象，從而導致Ni2+和Li+產生陽離子混排現象，進而會導致材料的熱穩定性差以及首次不可逆容量高等問題，難以適應更高的要求。為了解決上述問題，可以通過改進合成方法、摻雜改性、表面包覆處理等方式來改善其循環穩定性，解決陽離子混排現象，進而使得鎳鈷鋁酸鋰正極材料在電動汽車、高端數碼等鋰離子電池領域具有更廣闊的應用前景。

中國發明專利CN103050686A公開了一種高密度鋰離子電池正極材料鎳鈷鋁酸鋰及其制備方法，采用固相法將鎳、鈷、鋁和摻雜元素的氧化物、氫氧化物或者鹽混合后高溫煅燒得到鎳鈷鋁的氧化物，然后將其和鋰源混合球磨并進行二次高溫燒結獲得高密度鎳鈷鋁酸鋰正極材料。該方法制備的鎳鈷鋁酸鋰正極材料雖然具有高密度的優點，但是，整個制備過程需要經過二次高溫燒結，增加了成本。而且鎳鈷鋁氧化物的制備過程使得摻雜元素的分布和產物的均勻性較差，進而不能徹底解決最終產物的循環穩定性和高可逆比容量的問題。中國發明專利CN103633308A公開了一種富鋰鎳鈷鋁氧正極材料，先用共沉淀法制備鎳鈷鋁前驅體并進行煅燒預處理，然后將預處理的前驅體產物和鋰源混合后進行高溫煅燒得到富鋰鎳鈷鋁氧正極材料中間產物，最后將中間產物和摻雜元素的化合物混合后再次高溫煅燒得到最終產物。該發明經歷了三次高溫煅燒過程，最高溫度分別達到800℃、950℃和800℃，雖然使得陽離子混排問題得到了一定的解決，但是制備工藝較為復雜，增加了成本，尤其是最后的洗滌包覆工藝并不能從根本上徹底解決包覆的均一性問題。

發明內容

本發明針對上述技術現狀提出相應的解決方案，進而提供比容量高、倍率性能優良、循環穩定性好、陽離子混排度低的一種富鎳濃度梯度型鎳鈷鋁正極材料及鋰離子電池，本發明制備工藝簡單，操作方便，易于規模化推廣應用，具有廣闊的應用前景。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：