[01923598]高安全性高镍三元梯度正极材料制备与应用技术

正极材料是锂离子电池的瓶颈，占电池总成本30%以上，而高镍化是提升三元正极材料比容量的核心方案。然而，正极材料高镍化后存在安全性能差、循环寿命短及表面碱性高等问题，尤其是安全性问题，限制了其进一步的规模化工业应用。制备高安全性的高镍三元材料梯度材料，是现阶段除单晶外另一条有望一次性解决上述三种问题且切实可行的技术路线。
高镍梯度三元正极材料是指从二次颗粒核心到表面，镍元素含量逐渐减少（从Ni0.93→Ni0.33）而钴和锰元素含量逐渐增多的一种材料设计，该方案既可以利用表面含量较高的锰元素稳定材料结构、提高其安全性能，又可以充分发挥核心高镍材料的高比容优势和循环性能，还可以降低材料表面的碱性，实现“一石三鸟”的目的。在前驱体制备过程中引入低成本有益金属（铝、镁等元素）梯度掺杂，可进一步提高材料的电化学性能。

性能指标：
本项目制备的梯度NCM811镍含量大幅提高，同时钴含量相应大幅降低，锂源可根据市场供给，灵活采用碳酸锂或氢氧化锂来降低生产成本。其具有以下特点：

1.本项目采用共沉淀-固相烧结法制备高镍梯度三元正极材料；

2.前驱体振实密度高达2.1 g/cm3以上（正极材料振实密度≥2.3 g/cm3）； 

3.在未进行任何商业包覆和掺杂的条件下，1 C倍率下放电比容量最高达194.7 mAh/g；

4.充放电循环寿命较高(1C，670圈循环后容量保持率>80%）；包覆掺杂后，可实现>1500圈循环；

5.Mg2+从核到壳浓度梯度增加最佳，高电压4.5 V下，材料5 C和10 C的放电比容量分别为160.3 mAh/g和116.1 mAh/g；4.3 V时，Al3+从核到壳浓度梯度增加最佳，1 C下循环200圈的容量保持率高达93.17%，比同类商业正极材料高12.76%。

项目阶段与进展

该项目已完成在20 L反应釜中试规模的工艺条件探索，并将其放大应用到2 m3的反应结晶器；开发了掺锂和掺杂一锅法烧结技术并研制出了氧气可循环利用的高效烧结炉，可保证烧结产品质量的一致性。实现了从前驱体制备到烧结及商品化材料包覆和掺杂工艺的优化，

完成了高镍三元正极梯度材料从工艺到生产装备的研发，满足了梯度材料的规模化生产示范，现可进行对外合作。