[發(fā)明專(zhuān)利]一種梯度三元正極材料的制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710390520.1
• 申請(qǐng)日: 2017-05-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107346824B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙洪東;張會(huì)斌;牛龍偉;王瑛;趙成龍;于文倩
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東玉皇新能源科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/525
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/525;H01M4/505
• 代理公司: 北京君慧知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11716
• 代理人: 王寬

1.一種梯度三元正極材料的制備方法，其特征為，包括如下步驟：

(1)配制鎳鈷錳鹽溶液1、鎳鈷錳鹽溶液2、氨水溶液和沉淀劑溶液，通惰性氣體除氧；

(2)向反應(yīng)釜內(nèi)加氨水溶液和去離子水混合均勻，通惰性氣體除氧；

(3)在機(jī)械攪拌下，用泵分別以V₁和V₂的速度抽取鎳鈷錳鹽溶液1和鎳鈷錳鹽溶液2，匯合到帶有管道混合器的管道中，經(jīng)管道混合器混合均勻后，加入到反應(yīng)釜中，并持續(xù)加入沉淀劑溶液和氨水溶液，控制反應(yīng)釜內(nèi)溶液的酸堿度和氨水濃度為Cmol/L，反應(yīng)溫度為40-60℃，在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行共沉淀反應(yīng)；

其中，V₁和V₂的值隨反應(yīng)時(shí)間連續(xù)變化，是反應(yīng)時(shí)間t的連續(xù)函數(shù)，且t時(shí)刻加入到反應(yīng)釜中的鎳鈷錳鹽溶液中鎳元素與鎳鈷錳的摩爾比a隨反應(yīng)時(shí)間t呈任意連續(xù)梯度變化，其中a＝(V₁*a₁+V₂*a₂)/(V₁+V₂)，且0.3＜a＜1，a1為鎳鈷錳鹽溶液1中的鎳元素與鎳鈷錳的摩爾比，a2為鎳鈷錳鹽溶液2中的鎳元素與鎳鈷錳的摩爾比；

反應(yīng)釜內(nèi)溶液的pH值以及氨水濃度C與反應(yīng)時(shí)間t時(shí)刻加入到反應(yīng)釜中鎳鈷錳鹽溶液中鎳元素與鎳鈷錳的摩爾比a呈線(xiàn)性正相關(guān)，pH＝f(a)，C＝ψ(a)，且9＜pH＜12，0.3＜C＜2；

通過(guò)程序精準(zhǔn)控制鎳鈷錳溶液組分隨時(shí)間呈任意曲線(xiàn)連續(xù)梯度變化，同時(shí)，精準(zhǔn)控制反應(yīng)過(guò)程中pH值和氨水濃度，使其與注入反應(yīng)釜內(nèi)的鎳鈷錳混合溶液中鎳離子與鎳鈷錳的摩爾比a相應(yīng)漸變，實(shí)現(xiàn)前驅(qū)體中鎳鈷錳三元素自?xún)?nèi)向外連續(xù)梯度分布；

(4)反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)分離、洗滌、干燥得到梯度前驅(qū)體材料，其平均分子式為Ni_xCo_1-x-yMn_y(OH)₂，其中，0.5＜x＜1，0＜y＜0.5，x+y＜1；

(5)將梯度前驅(qū)體材料與鋰鹽混合均勻，在有氧氣氛中，以2-5℃/min的速率升溫至450-550℃，預(yù)燒4-6h，然后以2-5℃/min的速率升溫至600-900℃，保溫10-20h，得到梯度三元正極材料LiNi_xCo_1-x-yMn_yO₂。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度三元正極材料的制備方法，其特征在于：步驟(1)中，鎳鈷錳鹽溶液1中鎳鈷錳三元素的摩爾比為a₁：1-a₁-b₁：b₁，其中，0.3＜a₁＜0.6，0.1＜b₁＜0.3，a₁+b₁＜1；鎳鈷錳鹽溶液2中鎳鈷錳三元素的摩爾比為a₂：1-a₂-b₂：b₂，其中，0.6＜a₂＜1，0≤b₂＜0.2，a₂+b₂＜1；鎳鈷錳鹽溶液1和鎳鈷錳鹽溶液2的摩爾濃度相同，范圍為1-4mol/L；沉淀劑溶液的濃度為4-10mol/L。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度三元正極材料的制備方法，其特征在于：步驟(1)中，鎳鈷錳鹽溶液1和鎳鈷錳鹽溶液2均為鎳鈷錳的硝酸鹽、硫酸鹽、氯化鹽、醋酸鹽溶液中的一種或多種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度三元正極材料的制備方法，其特征在于：步驟(1)中，沉淀劑溶液為氫氧化鉀或氫氧化鈉水溶液中的一種或多種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度三元正極材料的制備方法，其特征在于：步驟(1)、(2)和(3)中，惰性氣體為氬氣。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度三元正極材料的制備方法，其特征在于：步驟(5)中，梯度前驅(qū)體材料中鎳鈷錳的總摩爾與鋰源的摩爾比為1:1.02-1.1。