面向全固态锂离子电池高镍三元正极材料 前驱体制备关键技术研发及产业化
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2025-09-08
500万
需求描述
本项目针对锂离子电池高镍层状正极材料前驱体制备核心技术瓶颈开展以下三方面研究工作： （1）高镍三元正极材料中金属元素要实现原子级均匀分布极为困难，高温烧结时部分过渡金属元素易发生偏析，形成的10-50 nm的粒子阻碍锂离子的传导。拟创新采用镍+x多元素均相共沉淀技术，利用络合剂和溶液pH值调控不同金属离子的沉淀速率，制备元素均匀分布的高镍三元正极材料前驱体。 （2）针对元素组分调控及优化问题，传统“试错法”在多元体系中效率低下，拟借助密度泛函理论计算与机器学习构建专属数据库，明确各元素功能，实现多种金属的精准配比设计。 （3）针对正极材料与固态电解质界面间高界面阻抗及低锂离子传导效率问题，固态电解质与高镍正极材料还会发生元素交换，生成电化学惰性产物。拟调控高镍正极材料前驱体界面晶格氧环境，抑制副反应产生，加速锂离子扩散。
验收标准
具体技术指标包括：镍含量≥80%，D50=3.0-5.0 μm；颗粒形貌均一，一致性好，径距k90<0.80；颗粒振实密度TD>1.85 g/cm3，比表面积9.0±2.0 m2/g；颗粒外表一次颗粒形貌均一，内部致密紧实，杂质含量低（Na<100ppm，S<700ppm）;由前驱体进一步转化得到高镍三元正极材料，匹配硫化物固态电解质，组装全固态模具电池，电化学性能达到以下指标：充放电电压区间2.8-4.3 V（vs. Li+/Li），0.1 C （1 C=200 mA/g，正极活性物质负载≥5 mg/cm-2）克容量≥215 mAh/g，1 C循环寿命≥500圈（容量保持率≥80%）。
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推荐专利
本发明涉及一种单晶态高镍三元层状正极材料、制备方法及锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。将高镍三元层状正极材料前驱体、锂源与可溶性溴化物混合均匀，得到混合物；将所述混合物置于管式炉中，氧气氛围下，首先在850～950℃下预烧1～4h，随后降温至700～800℃烧结8～14h，烧结结束后，洗涤、过滤、真空干燥，得到粉末材料；将所述粉末材料置于温度为550～850℃的管式炉中，在氧气气氛下热处理4～8h，得到一种单晶态高镍三元层状正极材料。所获得的单晶态高镍三元层状正极材料不仅具有棱柱状单晶形貌，颗粒尺寸均匀且分散良好，而且电化学性能优异，放电容量高，循环稳定性好，特别是倍率性能得到明显优化，热稳定性亦可明显提升。
一种组分浓度可控的表面富钴型三元低钴正极材料的制备方法。本发明采用借助微乳液油/水(o/w)体系，通过控制水相油相比例来调控金属盐的沉淀速率，进而将富钴前驱体均匀地沉淀到已制成的低钴型前驱体表面，可以得到不同包覆厚度的低钴型正极材料前驱体，同时通过在内核和外层之间增加金属银膜，然后再与锂源反应，可得到组分、浓度可控的表面富钴型三元低钴正极材料的锂电池正极材料。本发明制备方法简单，制备得到的材料具有包覆均匀可控，成本低，电化学性能优异等优点。
本发明公开了一种包覆型正极材料前驱体及包覆型三元正极材料的制备方法。本发明采用借助微乳液油/水(o/w)体系，通过控制水相油相比例来调控金属盐的沉淀速率，进而将一种或几种包覆物均一地沉淀到已制成的前驱体表面，同时通过控制反应时间，可以得到不同包覆厚度的正极材料前驱体，然后再与锂源反应可得到组分、浓度可控的包覆型三元正极材料的锂电池正极材料。本发明制备方法简单，制备得到的材料具有包覆均匀，成分可控，电化学性能优异等优点。
