[发明专利]一种梯度三元正极材料的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，特别公开了一种梯度三元正极材料的制备方法及其应用。该梯度三元正极材料的制备方法，其特征在于：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；向反应釜内加氨水溶液和去离子水混合均匀；在机械搅拌下，将镍钴锰盐溶液1和镍钴锰盐溶液2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，进行共沉淀反应；反应结束后，经分离、洗涤、干燥得到梯度前驱体材料；将梯度前驱体材料与锂盐混合均匀，预烧后保温，得到产品。本发明采用程序化控制，自动化程度高、过程控制精准，既能保证材料颗粒组分梯度可控、粒径分布可控，又提高了材料的批次均一性。

（一）技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，特别涉及一种梯度三元正极材料的制备方法及其应用。

（二）背景技术

锂离子电池是一种新型的二次电池，由于自身具有比能量高、循环寿命长、放电稳定性好、环境污染小及开发潜力大等明显优势，现已成为全球能源产业发展和开发的一个重点方向。三元正极材料又以能量密度高、成本相对较低以及循环性能优异等特点成为诸多正极材料中潜力最大最有发展前景的一种，广泛应用于消费类产品、数码类产品、动力产品和无人机等领域。其中高镍正极材料由于具有高比容量的特点，受到人们的青睐。

高镍三元正极材料比容量高，但是结构稳定性差，且由于在充电过程中高浓度Ni⁴⁺的存在，使得材料安全性及循环稳定性均不能满足商品化要求。为了提高锂电池容量，同时兼顾电池安全性问题，制备浓度梯度的高镍系正极材料成为了克服高镍类材料的缺点的一种手段。

专利CN104409716A提供了一种具有浓度梯度的正极材料的制备方法，该方法采用共沉淀法合成镍含量高的材料前躯体，然后在镍含量高的材料前躯体外面共沉淀含量低的三元材料溶液，得到复合前躯体，再烧结制得高镍锂离子电池正极材料。该方法通过包覆的方法实现梯度结构，很难保证包覆的均匀性，同时，核与壳元素组分跳跃性大，影响结构稳定性。

专利CN104201369B提供了一种锂离子电池梯度正极材料前驱体的制备方法，该方法的具体步骤是将镍盐、钴盐、锰盐配制两种不同摩尔比的溶液A和B，但溶液体积相同；采用计量泵将溶液A逐渐加到溶液B中，在此过程中将混合均匀后的溶液再加入到反应釜中，同时碱溶液和络剂溶液也加入反应釜中，且在反应过程中稳定合成工艺参数，溶液A、B同时消耗完毕即停止反应，最终离心洗涤并干燥制得的各元素呈不同浓度梯度分布的球形正极材料前驱体。该方法实现了组分连续变化，但是该方法形成的梯度溶液起初平缓降低，随后急剧降低，很难实现材料颗粒组分均匀变化。

（三）发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种自动化程度高、过程控制精准，产品均一性高的梯度三元正极材料的制备方法及其应用。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种梯度三元正极材料的制备方法，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；

（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；