[發(fā)明專利]一種高性能濃度梯度高鎳材料、其制備方法及在鋰離子電池的用途

有效

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• 申請日: 2017-08-30
• 公開（公告）號: CN107611384B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發(fā)明（設計）人: 譚強強;馮海蘭
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發(fā)明公開了一種高性能濃度梯度高鎳材料、其制備方法及在鋰離子電池的用途。本發(fā)明通過采用梯度包覆的方法生成濃度梯度前驅體x[Ni(OH)₂]·y[Co(OH)₂]·(1?x?y)[M(OH)_a]，然后加鋰燒結得到LiNi_xCo_yM_1?x?yO₂高鎳正極材料，M為Al、Mn、Ti、Zr、Zn、Fe、Mg、Nb、V、W、Ca、Cr中的一種或至少兩種的組合0.6≤x≤1.0，0.1≤y≤0.4，2≤a≤5。本發(fā)明的濃度梯度高鎳材料具有較好的晶體結構、較高的振實密度，以其作為正極活性材料制得的電池具有優(yōu)異的電化學性能，本發(fā)明的方法成本相對低廉、操作簡單適合工業(yè)化生產(chǎn)。

技術領域

本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料技術領域，涉及一種濃度梯度高鎳材料、其制備方法及用途，尤其涉及一種高性能濃度梯度高鎳材料、其制備方法及在鋰離子電池的用途。

背景技術

現(xiàn)有高能量密度動力鋰電的需求帶動了高比容量的高Ni三元材料的應用和持續(xù)提升，并隨著美國Tesla的熱賣，鋰電企業(yè)都把材料選擇重點放在了高鎳多元材料上面，由常規(guī)的LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂逐漸轉向高鎳含量的多元材料LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂、LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂、LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂和更高鎳的NCA材料。

高鎳多元材料存在的主要問題是制備出嚴格化學計量比的材料困難，殘余堿量高、存在Li/Ni混排導致循環(huán)穩(wěn)定性變差等問題。針對上述問題，近年來研發(fā)人員采用了多種陰、陽離子或多元體相摻雜，來穩(wěn)定高鎳材料的結構，以達到提升循環(huán)及存儲性能的效果。

針對體相摻雜，國內外文獻專利(比如EP2207227(A1))報道了通過摻雜Mg、Al、Zr和Sn等元素，可以穩(wěn)定材料的結構，降低陽離子混排程度，比如但是材料的放電比容量有所降低。

此外，包覆也是一種防止電解液對正極材料腐蝕，提升材料循環(huán)及存儲穩(wěn)定性的有效方法。

但這些方法都無法從本質上解決高鎳材料電性能較差的問題，這是高鎳材料產(chǎn)業(yè)化并大規(guī)模應用的關鍵瓶頸。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術中存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種濃度梯度高鎳材料、其制備方法及用途，尤其涉及一種高性能濃度梯度高鎳材料、其制備方法及在鋰離子電池的用途。本發(fā)明的濃度梯度高鎳材料結晶度高，能夠降低不可逆容量損失，改善循環(huán)性能、倍率性能和安全性等問題。

本發(fā)明所述“高性能濃度梯度高鎳材料”中的“高性能”指：該濃度梯度高鎳材料在擁有很高的放電比容量的同時在電解液中的穩(wěn)定性得到了較大的提高，尤其是大電流充放電能力和高低溫循環(huán)性能，常溫1C循環(huán)100周的容量保持率在91％以上，45℃高溫下1C循環(huán)100周容量保持率在94％以上，常溫5C下的放電容量在146mAh/g以上。

為達上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

第一方面，本發(fā)明提供一種濃度梯度高鎳材料，尤其是一種高性能濃度梯度高鎳材料，所述濃度梯度高鎳材料的前驅體為濃度梯度前驅體，且所述濃度梯度高鎳材料中，Li、Ni、Co、M和O的摩爾比為1:x:y:(1-x-y):2；

其中，M為Al、Mn、Ti、Zr、Zn、Fe、Mg、Nb、V、W、Ca、Cr中的一種或至少兩種的組合，0.6≤x≤1.0，0.1≤y≤0.4。

第二方面，本發(fā)明提供如第一方面所述的濃度梯度高鎳材料的制備方法，所述方法包括：