[发明专利]一种具有浓度梯度分布一次颗粒定向生长的单晶三元正极材料及其制备方法以及锂离子电池

权利要求书

1.一种具有浓度梯度分布、一次颗粒定向生长的单晶三元正极材料，其特征在于，所述单晶三元正极材料的化学式为LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，其中，0x1，0y1，0x+y1；

在所述单晶三元正极材料中，Ni、Co含量在颗粒中成梯度分布，Ni的含量从内层向外层逐渐降低，Co的含量从内层向外层逐渐增加，Mn的含量保持不变；

所述单晶颗粒表面光滑；

所述单晶三元正极材料由一次颗粒定向生长形成单晶形貌，所述一次颗粒定向生长为一次颗粒沿[003]晶向定向生长，XRD衍射峰003与104的峰强度比＞1.4。

2.一种如权利要求1所述的单晶三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

A)配置镍源化合物和锰源化合物的混合水溶液a；

配置锰源化合物、钴源化合物和镍源化合物的混合水溶液b；

B)将所述混合水溶液a、混合水溶液b、碱液和络合剂混合，在碱性条件下，通过控制所述混合水溶液a、混合水溶液b进料速度，进行反应，得到具有浓度梯度分布、一次颗粒定向生长的单晶三元正极材料前驱体，所述单晶三元正极材料前驱体中，Ni、Co含量在颗粒中成梯度分布，Ni的含量从内层向外层逐渐降低，Co的含量从内层向外层逐渐增加，Mn的含量保持不变；

C)将单晶三元正极材料前驱体、锂源及助溶剂混合后进行煅烧，得到单晶三元正极材料；

所述步骤B)中，所述一次颗粒定向生长为一次颗粒沿[001]晶向定向生长，XRD衍射峰101与001的峰强度比＞0.25；

步骤C)中，所述单晶三元正极材料由一次颗粒定向生长形成单晶结构，所述一次颗粒定向生长为一次颗粒沿[003]晶向定向生长，XRD衍射峰003与104的峰强度比＞1.4。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述混合水溶液a中，镍源化合物和锰源化合物的摩尔比为(1-x₁)：x₁；

所述混合水溶液a中，金属阳离子总的浓度为1～3mol/L；

所述混合水溶液b中，锰源化合物、钴源化合物和镍源化合物的摩尔比为x₁:x₂:(1-x₁-x₂)；

所述混合水溶液b中，金属阳离子总的浓度为1～3mol/L；

0＜x₁≤0.5，0＜x₂≤0.5；

所述镍源化合物选自氯化镍、硫酸镍、硝酸镍、氯化镍结晶水化合物、硫酸镍结晶水化合物、硝酸镍结晶水化合物中的一种或者多种；

所述钴源化合物选自氯化钴、硫酸钴、硝酸钴、氯化钴结晶水化合物、硫酸钴结晶水化合物、硝酸钴结晶水化合物中的一种或者多种；

所述锰源化合物选自氯化锰、硫酸锰、硝酸锰、氯化锰结晶水化合物、硫酸锰结晶水化合物、硝酸锰结晶水化合物中的一种或者多种；

所述碱液选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂与碳酸钠中的一种或多种的水溶液，所述碱液的浓度为2～10mol/L；

所述络合剂选自氨水，所述氨水的摩尔浓度为2～20mol/L。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述混合水溶液b以一定的进料速度与所述混合水溶液a混合，其中混合水溶液a和混合水溶液b流速比为m：1，m＞1。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤A)中，所述反应的pH为8～13，所述反应的温度为25～75℃，所述反应在搅拌条件下进行，所述搅拌的转速为500～1200rpm。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述助溶剂选自硼、钡、铋、铅、锆、钼、钨、锂、钾、钠的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、乙酸盐或卤化物中的一种或多种混合物；

所述锂源为碳酸锂、碳酸氢锂、氧化锂、过氧化锂、草酸锂、氯化锂、硝酸锂、乙酸锂和氢氧化锂中的一种或多种；

所述单晶三元正极材料前驱体、锂源及助溶剂的摩尔比1.0:(0.9～1.2):(0.001～0.01)。