[发明专利]单晶高镍锂离子电池正极材料的梯度掺杂和表面修饰方法

说明书

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，公开了一种单晶高镍锂离子电池正极材料的梯度掺杂和表面修饰方法，按化学计量比称取镍盐、钴盐、锰盐和可溶性X金属盐共同溶解在去离子水中，配置成溶液A；按照化学计量比称取可溶性Y金属盐溶解于去离子水中，配置成溶液B；将可溶性碱和氨水共同溶解于去离子水中；将溶液A、混合碱液和溶液B泵入反应釜中，静置陈化，将沉淀物过滤，洗涤，烘干，得到单晶Ni_aCo_bMn_cX_xY_y(OH)₂前驱体；将单晶Ni_aCo_bMn_cX_xY_y(OH)₂前驱体与锂盐混合，煅烧，得到X体相掺杂、Y原位梯度掺杂的单晶高镍锂离子电池正极材料。本发明的制备方法简单，原料易得，适用于大规模工业化生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，尤其涉及一种单晶高镍锂离子电池正极材料的梯度掺杂和表面修饰方法。

背景技术

目前，锂离子电池由于其高电压、高能量密度、长循环寿命等优点而被广泛应用于便携式电子设备、新能源汽车、智能电网乃至航空军工等领域。在锂离子电池中，相对于负极材料，正极材料的比容量较低，循环稳定性较差，这是阻碍锂离子电池进一步发展的重要因素之一，因此，研究和提高正极材料是锂离子电池发展关键。

为了追求更高的能量密度，高镍三元正极材料得到越来越多的关注和应用，特别是在高电压状态下能得到的高容量，吸引了大量关注。但是传统的三元材料是由一次颗粒堆积形成的二次球形颗粒，在循环过程中的多相变过程产生的应力，会导致球形颗粒在一次颗粒的晶界处开始出现微裂纹，微裂纹在循环中进一步扩张而严重恶化电池的循环寿命和可逆容量。为了缓解三元材料充放电过程中应力所引起的裂纹，能够更为有效释放应力的单晶颗粒开始得到研究。但是，高温工作状态下单晶材料与电解液的副反应加剧，进一步恶化表面状况。因此单纯的单晶颗粒结构对微裂纹的缓解作用有限，尚不足以支撑三元材料在高温条件下的长时间循环。因此，亟需一种新的单晶高镍锂离子电池正极材料的梯度掺杂和表面修饰方法。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)传统的三元材料是由一次颗粒堆积形成的二次球形颗粒，在循环过程中的多相变过程产生的应力，会导致球形颗粒在一次颗粒的晶界处开始出现微裂纹，微裂纹在循环中进一步扩张而严重恶化电池的循环寿命和可逆容量。

(2)高温工作状态下单晶材料与电解液的副反应加剧，进一步恶化表面状况。因此单纯的单晶颗粒结构对微裂纹的缓解作用有限，尚不足以支撑三元材料在高温状态下的长时间循环。锂离子电池在使用过程中不可避免地存在发热现象，这使得电池的高温性能尤为重要。在高温条件下，材料与电解液之间的副反应将被加剧，电解液沿缺陷对材料的侵蚀也将进一步恶化，这严重影响了电池在正常使用过程中的使用寿命，甚至危害电池热安全。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种单晶高镍锂离子电池正极材料的梯度掺杂和表面修饰方法，尤其涉及一种有效改善单晶高镍锂离子电池正极材料高温性能的梯度掺杂和表面修饰方法。

本发明是这样实现的，一种单晶高镍锂离子电池正极材料的梯度掺杂和表面修饰方法，所述单晶高镍锂离子电池正极材料的梯度掺杂和表面修饰方法包括以下步骤：

步骤一，按照化学表达式LiNi_aCo_bMn_cX_xY_yO₂中Ni、Co、Mn和X元素的化学计量比，称取镍盐、钴盐、锰盐和可溶性X金属盐共同溶解在去离子水中，配置成溶液A；

步骤二，按照化学计量比称取可溶性Y金属盐，溶解于去离子水中，配置成溶液B；并将可溶性碱和氨水共同溶解于去离子水中；