[發(fā)明專利]原位梯度摻雜單晶高鎳鋰離子電池高電壓正極材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110901517.8
• 申請(qǐng)日: 2021-08-06
• 公開（公告）號(hào): CN113764657B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊成浩;鐘文濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/525
• 分類號(hào): H01M4/525;H01M4/131;H01M4/1391
• 代理公司: 重慶信必達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50286
• 代理人: 劉竹

本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種原位梯度摻雜單晶高鎳鋰離子電池高電壓正極材料及其制備方法，稱取鎳鹽、鈷鹽和錳鹽共同溶解在去離子水中，配置成溶液X；稱取可溶性A鹽和B鹽分別溶解于去離子水中，配置成溶液Y和溶液Z；將可溶性堿和氨水共同溶解于去離子水中，將溶液X、混合堿液、溶液Y和溶液Z泵入反應(yīng)釜；加入完成后，靜置陳化，沉淀物過濾，洗滌，烘干，得到單晶Ni_xCo_yMn_zA_aB_b(OH)₂前驅(qū)體；將單晶Ni_xCo_yMn_zA_aB_b(OH)₂前驅(qū)體與鋰鹽均勻混合后，煅燒，得到A、B原位梯度摻雜的單晶高鎳鋰離子電池正極材料LiNi_xCo_yMn_zA_aB_bO₂。本發(fā)明制備方法簡單，且原料易得。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池高電壓正極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種原位梯度摻雜單晶高鎳鋰離子電池高電壓正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

目前，鋰離子電池由于其高電壓、高能量密度、長循環(huán)壽命等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、新能源汽車、智能電網(wǎng)乃至航空軍工等領(lǐng)域。在鋰離子電池中，相對(duì)于負(fù)極材料，正極材料的比容量較低，循環(huán)穩(wěn)定性較差，這是阻礙鋰離子電池進(jìn)一步發(fā)展的重要因素之一，因此，研究和提高正極材料是鋰離子電池發(fā)展關(guān)鍵。

為了追求更高的能量密度，高鎳三元正極材料得到越來越多的關(guān)注和應(yīng)用，特別是在高電壓狀態(tài)下能得到的高容量，吸引了大量關(guān)注。但是傳統(tǒng)的三元材料是由一次顆粒堆積形成的二次球形顆粒，在循環(huán)過程中的多相變過程產(chǎn)生的應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致球形顆粒在一次顆粒的晶界處開始出現(xiàn)微裂紋，微裂紋在循環(huán)中進(jìn)一步擴(kuò)張而嚴(yán)重惡化電池的循環(huán)壽命和可逆容量。為了緩解三元材料充放電過程中應(yīng)力所引起的裂紋，能夠更為有效釋放應(yīng)力的單晶顆粒開始得到研究。但是，單純的單晶顆粒結(jié)構(gòu)對(duì)微裂紋的緩解作用有限，尚不足以支撐三元材料在高電壓狀態(tài)下的長時(shí)間循環(huán)。

通過上述分析，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及缺陷為：

(1)傳統(tǒng)三元材料在循環(huán)過程中的多相變過程產(chǎn)生的應(yīng)力，導(dǎo)致球形顆粒在一次顆粒的晶界處開始出現(xiàn)微裂紋，微裂紋在循環(huán)中進(jìn)一步擴(kuò)張而嚴(yán)重惡化電池的循環(huán)壽命和可逆容量。

(2)單純的單晶顆粒結(jié)構(gòu)對(duì)微裂紋的緩解作用有限，尚不足以支撐三元材料在高電壓狀態(tài)下的長時(shí)間循環(huán)。

這些缺陷嚴(yán)重阻礙了單晶正極材料向高電壓工作區(qū)間的應(yīng)用，局限了其往更高能量密度方向的發(fā)展。

解決以上問題及缺陷的難度為：鋰離子電池正極材料在高電壓區(qū)間存在著更為復(fù)雜多變的多相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，這些結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變將使材料顆粒的應(yīng)力集中更為明顯，因而造成更大的結(jié)構(gòu)破壞和微裂紋的產(chǎn)生與惡化，嚴(yán)重影響了電池材料在高電壓區(qū)域的循環(huán)穩(wěn)定性和使用壽命。

解決以上問題及缺陷的意義為：本發(fā)明采用的雙金屬原位梯度摻雜的方式制備的單晶鋰離子電池正極材料，能夠在高電壓窗口內(nèi)工作，大幅提升了材料的比容量以及能量密度，同時(shí)，能夠穩(wěn)定材料在高電壓區(qū)間內(nèi)的相變，在提升能量密度的基礎(chǔ)上，改善了材料的循環(huán)壽命，使其具有在高電壓范圍內(nèi)應(yīng)用的工業(yè)化價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種原位梯度摻雜單晶高鎳鋰離子電池正極材料及其制備方法，尤其涉及一種適用于高電壓的原位梯度摻雜單晶高鎳鋰離子電池正極材料及其制備方法。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種原位梯度摻雜單晶高鎳鋰離子電池正極材料的制備方法，所述原位梯度摻雜單晶高鎳鋰離子電池正極材料的制備方法包括以下步驟：