高镍层状氧化物具有高容量、高电压、低成本等优势，被认为是最有希望的下一代高能量密度锂离子电池正极材料。然而，高镍材料充放电过程中容易发生表面结构转变和副反应，致使其循环寿命和安全性能较差。浓度梯度结构（内部是高容量组分，外层是结构稳定性和热稳定性优异的组分）可以充分利用两者的优势，避免各自的不足，被证实能够显著改善高镍材料电化学性能。韩国ECOPRO已有相关高性能梯度高镍材料产业化报道。浓度梯度结构前驱体是制备高性能梯度高镍正极材料的基础，但是，共沉淀制备浓度梯度结构前驱体的过程非常复杂，导致梯度结构高镍材料产品的一致性很差、成本较高，严重影响其产业化进程及其在高能量密度锂离子电池中的广泛应用。本项目主要以镍含量≥70%的高镍材料作为研发对象，首先研发出了一种连续可控制备多层壳结构前驱体的技术路线，其次研发出基于前驱体多壳层间离子扩散可控制备浓度梯度结构高镍材料的新方法。所研发出的技术路线更加简单和容易控制，可提高梯度高镍材料产品一致性，适合大规模产业化。由于结构稳定梯度层的保护，本项目研发出的高镍材料具有高于200 mAh/g放电容量、循环寿命1000次以上、安全性能优异等优势。基于所研发出的梯度高镍材料作为正极与高容量负极材料匹配可实现锂离子全电池比能量密度300 Wh/kg的目标，满足电动汽车长续航能力的需求。




我们在多年核壳和浓度梯度结构层状正极材料的研究基础上，提出了基于多壳层前驱体间过渡金属离子扩散机制可控制备浓度梯度结构高镍材料的新方法，如上图所示，相比于浓度梯度结构前驱体，多壳层前驱体的合成更加简单和容易控制，有助于梯度结构高镍材料产品一致性的提高，适合大规模产业化。