[发明专利]一种核壳结构高镍三元正极材料的制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种核壳结构高镍三元正极材料的制备方法；它包括：制备高镍混合盐液A和低镍混合盐液B；将高镍混合盐液A、碱性溶液和络合剂泵入到反应釜内，通入惰性气体，生成高密实颗粒；将低镍混合盐液B通过计量泵通入到混合盐液A中，将AB的混合盐液泵入反应釜，在颗粒表面形成镍含量从内到外逐渐降低的过渡层；当混合盐液AB消耗完毕，将反应盐液完全切换为B盐液继续合成，形成外层低镍包覆层；反应停止后，将产物进行压滤水洗、烘干、过筛和除铁；将前驱体和锂源混合，在合适的气氛下进行烧结；本发明易于工业化生产，保留了中低镍三元材料的热稳定性和高镍材料的高比容量。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种核壳结构高镍三元正极材料的制备方法。

背景技术

能源危机和环境问题是目前国际社会共同面临的巨大难题，能源结构多样化，减小对传统不可再生能源的依赖，开发各种新型能源是各国一致的努力方向；锂离子电池具备高电压、高比能量、循环性能好和环境友好等优势，既可用于手机、笔记本电脑、数码相机等数码产品，又可以作为动力型电池用于电动汽车；电动汽车可以很好地解决由于燃油车二氧化碳排放造成的环境问题，但是动力型锂离子电池需要进一步解决能量密度和安全性问题，才能够更好的用于商业化。

三元材料镍钴锰酸锂作为锂离子电池正极材料中的一种，综合性能相较于钴酸锂和锰酸锂等其他正极材料，成本低，比容量高，循环性能好；三元材料的发展经历了从低镍LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂（简称111三元），到中镍LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂（523三元）和LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂（622三元），再到高镍LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（811三元）的发展历程，镍含量越高，比容量越高，但是相应的材料稳定性和安全性能变差，尤其是811三元，材料表面较高的残碱容易与电解液产生副反应，严重影响电池的安全性和稳定性。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种可控性强，易于工业化生产，同时解决核壳材料分层问题，能够得到核心高镍，外壳低镍，保留中低镍三元材料的热稳定性和高镍材料的高比容量的三元材料的一种核壳结构高镍三元正极材料的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：一种核壳结构高镍三元正极材料的制备方法，以该方法制备的高镍三元正极材料的化学式为LiNi_xCo_yMn_zO₂，其中，0.6≤x≤0.9，且x+y+z=1，所述方法包括以下步骤：

步骤1）：制备镍钴锰的摩尔浓度比为x:y:z的高镍混合盐液A和镍钴锰的摩尔浓度比为a:b:c的低镍混合盐液B，其中，x+y+z=1，0.7≤x≤0.9；a+b+c=1，0.3≤a≤0.6；

步骤2）：将高镍混合盐液A、碱性溶液和络合剂分流泵入到反应釜内，同时通入惰性气体保护，控制反应体系的pH，生成高密实颗粒，粒度D50达到d1时，取出一定量作为晶种继续合成，此时需调整反应体系的pH，使得后续反应以颗粒生长占主导地位；当粒度D50达到d2时，将低镍混合盐液B通过计量泵以一定流速v1通入到一定体积V1的混合盐液A中，同时将AB的混合盐液以v2的流速泵入反应釜继续合成，以此进料方式实现反应釜内溶液浓度发生连续改变；此时在颗粒表面形成镍含量从内到外逐渐降低的过渡层；当混合盐液AB消耗完毕，将反应盐液完全切换为B盐液继续合成，形成外层低镍包覆层；其中，晶种尺寸d1为3~6μm，高镍核心尺寸d2为7~10μm，混合盐液B通入到混合盐液A中的流速v1为3~20mL/min，混合盐液A的体积V1为3~20L；