[发明专利]一种梯度三元正极材料的制备方法及其应用

权利要求书

1.一种梯度三元正极材料的制备方法，其特征为，包括如下步骤：

(1)配制镍钴锰盐溶液1、镍钴锰盐溶液2、氨水溶液和沉淀剂溶液，通惰性气体除氧；

(2)向反应釜内加氨水溶液和去离子水混合均匀，通惰性气体除氧；

(3)在机械搅拌下，用泵分别以V₁和V₂的速度抽取镍钴锰盐溶液1和镍钴锰盐溶液2，汇合到带有管道混合器的管道中，经管道混合器混合均匀后，加入到反应釜中，并持续加入沉淀剂溶液和氨水溶液，控制反应釜内溶液的酸碱度和氨水浓度为Cmol/L，反应温度为40-60℃，在惰性气体保护下进行共沉淀反应；

其中，V₁和V₂的值随反应时间连续变化，是反应时间t的连续函数，且t时刻加入到反应釜中的镍钴锰盐溶液中镍元素与镍钴锰的摩尔比a随反应时间t呈任意连续梯度变化，其中a＝(V₁*a₁+V₂*a₂)/(V₁+V₂)，且0.3＜a＜1，a1为镍钴锰盐溶液1中的镍元素与镍钴锰的摩尔比，a2为镍钴锰盐溶液2中的镍元素与镍钴锰的摩尔比；

反应釜内溶液的pH值以及氨水浓度C与反应时间t时刻加入到反应釜中镍钴锰盐溶液中镍元素与镍钴锰的摩尔比a呈线性正相关，pH＝f(a)，C＝ψ(a)，且9＜pH＜12，0.3＜C＜2；

通过程序精准控制镍钴锰溶液组分随时间呈任意曲线连续梯度变化，同时，精准控制反应过程中pH值和氨水浓度，使其与注入反应釜内的镍钴锰混合溶液中镍离子与镍钴锰的摩尔比a相应渐变，实现前驱体中镍钴锰三元素自内向外连续梯度分布；

(4)反应结束后，经分离、洗涤、干燥得到梯度前驱体材料，其平均分子式为Ni_xCo_1-x-yMn_y(OH)₂，其中，0.5＜x＜1，0＜y＜0.5，x+y＜1；

(5)将梯度前驱体材料与锂盐混合均匀，在有氧气氛中，以2-5℃/min的速率升温至450-550℃，预烧4-6h，然后以2-5℃/min的速率升温至600-900℃，保温10-20h，得到梯度三元正极材料LiNi_xCo_1-x-yMn_yO₂。

2.根据权利要求1所述的梯度三元正极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，镍钴锰盐溶液1中镍钴锰三元素的摩尔比为a₁：1-a₁-b₁：b₁，其中，0.3＜a₁＜0.6，0.1＜b₁＜0.3，a₁+b₁＜1；镍钴锰盐溶液2中镍钴锰三元素的摩尔比为a₂：1-a₂-b₂：b₂，其中，0.6＜a₂＜1，0≤b₂＜0.2，a₂+b₂＜1；镍钴锰盐溶液1和镍钴锰盐溶液2的摩尔浓度相同，范围为1-4mol/L；沉淀剂溶液的浓度为4-10mol/L。

3.根据权利要求1所述的梯度三元正极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，镍钴锰盐溶液1和镍钴锰盐溶液2均为镍钴锰的硝酸盐、硫酸盐、氯化盐、醋酸盐溶液中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的梯度三元正极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，沉淀剂溶液为氢氧化钾或氢氧化钠水溶液中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的梯度三元正极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)、(2)和(3)中，惰性气体为氩气。

6.根据权利要求1所述的梯度三元正极材料的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，梯度前驱体材料中镍钴锰的总摩尔与锂源的摩尔比为1:1.02-1.1。