[发明专利]梯度含量正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种梯度含量正极材料的制备方法，通过对多层镍钴铝氢氧化物包覆镍钴氢氧化物复合前驱体[Ni_xCo_1‑x(OH)₂]_y[Ni_aCo_bAl_1‑a‑b(OH)₂]_1‑y进行组成结构改进和制备方法上的改进，得到外层镍钴铝元素扩散形成呈浓度梯度变化的正极材料，在保证较高的放电比容量下提高了NCA正极材料的循环稳定性能。

技术领域：

本发明涉及电极材料，具体涉及一种梯度含量正极材料及其制备方法。

背景技术：

目前，锂离子电池已经广泛应用于移动电话、电脑等电器设备，特别是电动汽车和储能领域。而锂离子电池正极材料的性能直接影响着锂离子电池的性能。三元正极材料镍钴铝酸锂(NCA,主要以LiNi_0.80Co_0.15Al_0.05O₂为主)具有高容量、高电压、长寿命等优点备受各界关注和广泛研究，但其循环和热稳定性能影响了其工业应用。而NCA中镍元素为正三价，其含量增加，材料的比容量也增加，但是由于Ni^3+/4+不稳定易还原成Ni²⁺，Ni²⁺占据Li⁺位(阳离子混排，NCA材料中存在不同程度的阳离子混排)导致电池容量下降，因此材料的比容量与镍元素的含量并不是一一对应的关系；NCA电池在充放电过程中，会发生的转变，而H2和H3相间的结构转变会导致晶体体积收缩膨胀(H2→H3转变时体积收缩)，进而引起晶格应力，因此颗粒在循环过程中会发生破碎和产生裂纹，并且相结构转变量随镍元素含量增加而增大；而裂纹的产生和颗粒的破碎造成了颗粒与电解液接触面积增加，颗粒间接触电阻增大和在颗粒表面生成岩盐相类NiO层，这是导致循环性能变差的主要原因。伴随NCA电池的充电状态的放热反应，特别是电池过充(材料从层状结构向无序尖晶石转变，再向NiO型岩盐结构转变)时会释放含氧物质，这些含氧物质具有高活性，加速了与易燃电解质的反应导致热失控以致引起灾难。相转变温度与材料中镍元素含量有关，镍元素含量越高，其相转变温度也越低。而NCA中的Al和Co元素占据四面体的位置(低自旋的Ni⁴⁺在四面体的位置是不稳定的，会转变成高自旋的Ni³⁺，放出氧气)是稳定的，从而使相变转到岩盐结构的温度升高，即增强了结构稳定性，但会导致NCA的容量下降。专利CN110828804A提出了一种梯度含量正极材料及其制备方法，将高镍NCA正极材料制备成浓度梯度分布的NCA材料，可以同时兼顾高容量和良好的循环性能，得到的梯度正极材料具有较高的放电比容量，但其循环性能仍难以达到工业应用需要。

发明内容：

本发明的目的是提供一种梯度含量正极材料及其制备方法，通过对多层镍钴铝氢氧化物包覆镍钴氢氧化物复合前驱体[Ni_xCo_1-x(OH)₂]_y[Ni_aCo_bAl_1-a-b(OH)₂]_1-y进行组成结构改进，同时通过制备方法上的改进，得到外层镍钴铝元素扩散形成浓度梯度变化的正极材料，在保证较高的放电比容量下提高了NCA正极材料的循环稳定性能。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：