[发明专利]制取具有成分梯度特性的材料的方法及在电池中的应用

说明书

一种制取具有成分梯度特性的材料的方法，以锂源与制得的前驱体共混后，先从室温以2℃/min～10℃/min升至300℃～600℃并保持，烧结5小时～18小时后，随炉冷却，再从室温以2℃/min～10℃/min升至在600℃～1200℃并保持，烧结5小时～18小时，即得。本发明提供的方法所制得的材料具有成分梯度特性，将其应用于电池的正极能使电池拥有更高能量密度和热稳定性，且寿命得到延长。

技术领域

本发明涉及一种制取无机材料的方法，尤其涉及一种由内而外具有成分梯度的材料的制取方法，以及该种材料作为电极在电池中的应用。

背景技术

伴随着传统能源的大量消耗以及日益突出的环境污染问题，探索开发新能源成为目前发展可持续性经济的当务之急，伴随而来的就是储能技术的大量需求。锂离子电池作为一种新兴的储能技术，由于其能量密度高，循环寿命长，安全性能好等特点，被广泛应用于便携式电子设备，电动汽车和储能设备等。为满足人们对于高能量密度锂离子电池日益增长的需求，其正极材料的研究成为重中之重。已知的正极材料包含LiCoO₂、LiNi_xCo_yMn_(1-x-y)O₂、LiNi_xCo_yAl_(1-x-y)O₂、xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(M＝Ni，Co和Mn等)、LiNi_0.5Mn_1.5O₄和LiFePO₄等等。但是常用的正极材料因其自身化学成分的限制，很难拥有高能量密度的同时兼备优越的循环性能和热稳定性，反之亦然。

伴随着电动车日新月异的发展，能量密度高，循环寿命好且拥有较高安全性能的锂离子电池正极材料越来越成为研究的重点。目前业界通过额外掺杂、包覆或者掺杂与包覆同时使用的手段来进一步提高正极材料的性能。但是无论上述哪种手段，对于正极材料本身都是小幅度的性能改善而且提升效果十分有限。与此同时，掺杂和包覆均涉及额外的生产工艺步骤，这必将增加正极材料的生产成本。

CN109119628A公开了一种掺杂改性高镍三元材料的制备方法。该方法通过将三元材料前驱体与含锂化合物以及含掺杂元素的化合物进行混合，其中掺杂元素包括碱金属元素(Li或者Na)和非金属元素(B、P、Si和S)。将该混合物加温至高温(650℃～1,000℃)使得掺杂元素向材料内部扩散形成掺杂均匀的三元材料。通过掺杂可以有效减低Li⁺和Ni²⁺混排程度，增强高镍三元材料结构稳定性，从而提高高镍三元材料的电化学性能，倍率性能及其循环稳定性能。

CN110649252A公开了一种包覆三元材料的方法。该发明通过湿法化学方法给三元材料表面包覆Li₂ZrO₃，在降低三元材料表面锂残留的同时，Li₂ZrO₃将在三元材料表面形成保护膜从而有效降低电解液与三元正极材料之间的副反应，进而提高三元材料的界面稳定性和循环稳定性。

CN108767221A公开了一种利用机械混合和固相合成的方法在锂离子电池电极材料表面包覆钛铝复合氧化物。该方法首先将正极材料与钛铝氧化物混合后进行球磨，然后烧结从而得到改性的材料，用以提高其在电解液中的稳定性，提高材料结构稳定性和循环寿命。

CN108807931A公开了一种包覆外加掺杂三元材料的方法。该方明通过固相热处理的方法在三元材料表面形成硅酸铝锂包覆层并在三元材料表面进行氟元素掺杂。其中硅酸铝锂包覆层具有良好的锂离子导电性能，而氟元素掺杂增强了三元材料的电子传导性能，此种合成方法有利于提高三元材料的倍率性能以及循环稳定性。