本發(fā)明涉及新能源電池電極材料，特別涉及一種高通量動(dòng)力電池正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)燃油汽車對石油等化石能源的依賴度極高，隨著全球能源消耗的不斷增加，化石能源的儲量逐漸減少，能源危機(jī)日益凸顯。尋找可替代的清潔能源成為全球能源發(fā)展的重要方向，電動(dòng)汽車作為一種以電能為動(dòng)力的交通工具，在減少對化石能源依賴方面具有巨大潛力。電動(dòng)汽車的續(xù)航里程是消費(fèi)者關(guān)注的重點(diǎn)，而提高動(dòng)力電池的能量密度是增加續(xù)航里程的關(guān)鍵。正極材料的性能直接決定了動(dòng)力電池的能量密度，因此研發(fā)具有高比容量、高電壓的正極材料成為提高動(dòng)力電池能量密度的重要途徑。

2、目前商業(yè)化應(yīng)用范圍較廣的鋰離子電池正極材料主要有鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料等。其中，鈷酸鋰的成本較高；磷酸鐵鋰的克比容量較低；三元材料（li（nicomn）o2或li（nicoal）o2）由于具有可控的成本、能量密度高、循環(huán)性能好以及循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在動(dòng)力型鋰電池中獲得廣泛應(yīng)用。

3、在ncm三元材料中，鎳的作用在于提高增加材料的體積能量密度。隨著鎳含量的增加，三元材料的比容量會相應(yīng)提高。例如，從常見的?ncm523（鎳鈷錳比例為?5:2:3）提升到ncm811（鎳鈷錳比例為?8:1:1），比容量可得到顯著提升。但是，隨著鎳含量的提高，容易導(dǎo)致鋰鎳混排現(xiàn)象的發(fā)生。在充放電過程中，部分鎳離子會占據(jù)鋰離子的位置，阻礙鋰離子的正常傳輸，這不僅會影響電池的充放電性能，還會加速電池的容量衰減，降低循環(huán)壽命。

4、特別是當(dāng)前面對消費(fèi)者對快充電池需求的不斷上升，廠家為了開發(fā)快充電池首當(dāng)其沖面對的技術(shù)難題便是電池持續(xù)進(jìn)行快速充電會促使鋰鎳混排現(xiàn)象加劇。為了保證快充電池性能，有必要降低鋰鎳混排現(xiàn)象的發(fā)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決背景技術(shù)中提到的問題，本發(fā)明提供的高通量動(dòng)力電池正極材料，通過特殊工藝方法使正極材料晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部分成高鎳相和低鎳相，鎳離子更傾向于在不同鎳相中傳遞，避免了鎳離子侵占鋰離子的位置，有效降低了鋰鎳混排現(xiàn)象的發(fā)生，該正極材料能夠廣泛應(yīng)用于快充電池。

2、具體為：

3、一種高通量動(dòng)力電池正極材料的制備方法，其步驟包括：

4、步驟一、稱取鎳源、鈷源、錳源和鋰源，將鎳源分為重量不等的兩份，備用;

5、步驟二、將大重量份的鎳源、鈷源、錳源分別配置成溶液，將三者的溶液混合形成混合鹽溶液；往反應(yīng)釜添加反應(yīng)底液，在攪拌的條件下，將混合鹽溶液、沉淀劑溶液、絡(luò)合劑溶液同時(shí)滴加進(jìn)反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)ph值控制在10～12，待反應(yīng)結(jié)束后過濾，分離出前驅(qū)體，洗滌、干燥后備用；

6、步驟三、將前驅(qū)體與鋰源混合均勻進(jìn)行第一次燒結(jié)，獲得第一次燒結(jié)產(chǎn)物；

7、步驟四、將小重量份的鎳源配置成鎳鹽溶液；往反應(yīng)釜添加反應(yīng)底液，在攪拌的條件下，將鎳鹽溶液、沉淀劑溶液、絡(luò)合劑溶液同時(shí)滴加進(jìn)反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)ph值控制在10～12，待反應(yīng)結(jié)束后過濾，分離出鎳沉淀，洗滌、干燥后備用；

8、步驟五、將鎳沉淀添加到兒茶酚溶液中，調(diào)節(jié)溶液至堿性，在攪拌的條件下進(jìn)行反應(yīng)，待包覆完成后，在攪拌條件下緩慢加入二氧化鋯懸浮液繼續(xù)反應(yīng)，待反應(yīng)結(jié)束后過濾分離出固體，洗滌、干燥后備用；

9、步驟六、將步驟五獲得的固體產(chǎn)物與步驟三獲得的第一次燒結(jié)產(chǎn)物混合均勻進(jìn)行燒結(jié)，獲得高通量動(dòng)力電池正極材料。

10、步驟一中按鎳、鈷、錳的摩爾比5～8:1～2:1～3稱取鎳源、鈷源、錳源；按鋰摩爾數(shù)與鎳鈷錳總摩爾數(shù)的摩爾比1～1.1:1稱取鋰源；鎳源分為重量不等的兩份，其中大重量份與小重量份的重量比為7～9:1；鎳源選擇硫酸鎳或硝酸鎳，鈷源選擇硫酸鈷或硝酸鈷，錳源選擇硫酸錳或硝酸錳，鋰源選擇碳酸鋰；

11、步驟二中鎳源溶液濃度為1～1.5mol/l；鈷源溶液濃度為0.8～1mol/l；錳源溶液濃度為1～1.2mol/l。

12、進(jìn)一步地，步驟二和步驟四中，

13、反應(yīng)底液配置：將氨水與去離子水按照氨水的體積濃度為1％～3%混合，氨水的質(zhì)量濃度為25%～28%；

14、沉淀劑溶液配置：質(zhì)量濃度為25%～30%的氫氧化鈉水溶液；

15、絡(luò)合劑溶液配置：質(zhì)量濃度為15%～25%的氨水。

16、進(jìn)一步地，步驟二中，混合鹽溶液的滴加速度為5～10l/min，沉淀劑溶液的滴加速度為10～20l/min，絡(luò)合劑溶液的滴加速度為5～20l/min，滴加至混合鹽溶液滴加完。

17、進(jìn)一步地，步驟三中第一次燒結(jié)溫度為500～550℃，先以2～4℃/min的升溫速率將爐溫升至設(shè)定溫度，然后在設(shè)定溫度下保持燒結(jié)時(shí)間10～12h；步驟六中第二次燒結(jié)溫度為600～700℃，先以2～4℃/min的升溫速率將爐溫升至設(shè)定溫度，然后在設(shè)定溫度下保持燒結(jié)時(shí)間8～10h。

18、進(jìn)一步地，步驟四中，鎳鹽溶液的滴加速度為1～3l/min，沉淀劑溶液的滴加速度為2～6l/min，絡(luò)合劑溶液的滴加速度為1～6l/min，滴加至鎳鹽溶液滴加完。

19、進(jìn)一步地，步驟五中兒茶酚溶液的配置：將兒茶酚溶解在體積比為1～2:1的去離子水和乙醇混合溶液中，兒茶酚溶液濃度為1～2?g/l；兒茶酚與鎳沉淀的重量比為0.1～0.5:1；

20、二氧化鋯懸浮液的配置：將納米級二氧化鋯在超聲條件下分散在去離子水中；二氧化鋯與鎳沉淀的重量比為0.1～0.2:1；二氧化鋯與去離子水的重量比為1:40～80。

21、進(jìn)一步地，步驟五中包覆反應(yīng)溫度為30～50℃，反應(yīng)時(shí)間為8～12h；二氧化鋯修飾反應(yīng)溫度為40～60℃，反應(yīng)時(shí)間為4～6h。

22、另外，本發(fā)明還提供一種高通量動(dòng)力電池正極材料，采用上述的制備方法制得。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益特點(diǎn)在于：

24、1、本發(fā)明提供的高通量動(dòng)力電池正極材料的制備方法，將鎳源分成大小不等的兩份進(jìn)行不同處理；先將大份量的鎳源與鈷源、錳源混合制備鎳鈷錳氫氧化物沉淀并與碳酸鋰經(jīng)過第一次燒結(jié)，再將小份量的鎳源單獨(dú)制備氫氧化鎳沉淀，后續(xù)又經(jīng)過兒茶酚包覆及二氧化鋯顆粒修飾等特殊處理后再參與第二次燒結(jié)；第二次燒結(jié)過程中，小份量鎳沉淀的包覆層及表面修飾的二氧化鋯顆粒協(xié)同改變局部的反應(yīng)環(huán)境和元素?cái)U(kuò)散路徑，使得小份量的鎳元素在晶體中與大份量的鎳元素區(qū)分開，第二次燒結(jié)產(chǎn)物保持層狀結(jié)構(gòu)的主晶型，但因小份量鎳沉淀的特殊處理而在局部區(qū)域出現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的微調(diào)或變化，這種不同的處理方式使得鎳元素在兩次燒結(jié)過程中的分布存在差異，晶體內(nèi)部形成高鎳相和低鎳相；鎳鋰混排出現(xiàn)的原因是鎳離子主要的不良遷移方向是向鋰層，而本發(fā)明通過在正極材料晶體內(nèi)部形成高鎳相和低鎳相，引導(dǎo)鎳離子更多地在高鎳相和低鎳相之間進(jìn)行內(nèi)部再平衡遷移，使得鎳離子的遷移趨勢更傾向于從高鎳相向低鎳相而不是傾向于鋰層，有效減少鎳離子向鋰層的有害遷移，從而抑制了鎳鋰混排的發(fā)生。

25、2、本發(fā)明提供的高通量動(dòng)力電池正極材料的制備方法，正極材料晶體內(nèi)的高鎳相與低鎳相之間存在界面能，從而阻止鎳離子輕易地遷移，因此即便電池經(jīng)過多次充放電，正極材料的高鎳相和低鎳相依然存在，鎳離子從高鎳相遷移至低鎳相的遷移趨勢高于鎳離子從鎳相遷移至鋰層的遷移趨勢，保證了正極材料抑制鎳鋰混排的長期有效性。

26、3、本發(fā)明提供的高通量動(dòng)力電池正極材料的制備方法，兒茶酚在堿性條件下容易發(fā)生氧化聚合反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，聚合度不斷增加，最終形成相對高分子量的聚合物，緊密吸附在鎳沉淀表面，從而形成包覆層；并且，兒茶酚聚合物上的酚羥基能與二氧化鋯顆粒表面的金屬離子發(fā)生配位化學(xué)反應(yīng)，形成配位鍵，進(jìn)一步增強(qiáng)二氧化鋯顆粒與兒茶酚包覆層之間的結(jié)合力，使得二氧化鋯顆粒更加牢固地修飾在包覆層上；在燒結(jié)過程中兒茶酚聚合物包覆層與二氧化鋯顆粒會阻礙小份量鎳沉淀的鎳擴(kuò)散，使得鎳無法在晶體內(nèi)均勻分布，保證了高鎳相和低鎳相的形成。