[發(fā)明專利]一種梯度三元正極材料的制備方法及其應用

有效

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• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107346824B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設計）人: 趙洪東;張會斌;牛龍偉;王瑛;趙成龍;于文倩
• 申請（專利權）人: 山東玉皇新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/505
• 代理公司: 北京君慧知識產權代理事務所(普通合伙) 11716
• 代理人: 王寬

本發(fā)明涉及鋰離子電池正極材料技術領域，特別公開了一種梯度三元正極材料的制備方法及其應用。該梯度三元正極材料的制備方法，其特征在于：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；向反應釜內加氨水溶液和去離子水混合均勻；在機械攪拌下，將鎳鈷錳鹽溶液1和鎳鈷錳鹽溶液2經管道混合器混合均勻后，加入到反應釜中，并持續(xù)加入沉淀劑溶液和氨水溶液，進行共沉淀反應；反應結束后，經分離、洗滌、干燥得到梯度前驅體材料；將梯度前驅體材料與鋰鹽混合均勻，預燒后保溫，得到產品。本發(fā)明采用程序化控制，自動化程度高、過程控制精準，既能保證材料顆粒組分梯度可控、粒徑分布可控，又提高了材料的批次均一性。

（一）技術領域

本發(fā)明涉及鋰離子電池正極材料技術領域，特別涉及一種梯度三元正極材料的制備方法及其應用。

（二）背景技術

鋰離子電池是一種新型的二次電池，由于自身具有比能量高、循環(huán)壽命長、放電穩(wěn)定性好、環(huán)境污染小及開發(fā)潛力大等明顯優(yōu)勢，現(xiàn)已成為全球能源產業(yè)發(fā)展和開發(fā)的一個重點方向。三元正極材料又以能量密度高、成本相對較低以及循環(huán)性能優(yōu)異等特點成為諸多正極材料中潛力最大最有發(fā)展前景的一種，廣泛應用于消費類產品、數(shù)碼類產品、動力產品和無人機等領域。其中高鎳正極材料由于具有高比容量的特點，受到人們的青睞。

高鎳三元正極材料比容量高，但是結構穩(wěn)定性差，且由于在充電過程中高濃度Ni⁴⁺的存在，使得材料安全性及循環(huán)穩(wěn)定性均不能滿足商品化要求。為了提高鋰電池容量，同時兼顧電池安全性問題，制備濃度梯度的高鎳系正極材料成為了克服高鎳類材料的缺點的一種手段。

專利CN104409716A提供了一種具有濃度梯度的正極材料的制備方法，該方法采用共沉淀法合成鎳含量高的材料前軀體，然后在鎳含量高的材料前軀體外面共沉淀含量低的三元材料溶液，得到復合前軀體，再燒結制得高鎳鋰離子電池正極材料。該方法通過包覆的方法實現(xiàn)梯度結構，很難保證包覆的均勻性，同時，核與殼元素組分跳躍性大，影響結構穩(wěn)定性。

專利CN104201369B提供了一種鋰離子電池梯度正極材料前驅體的制備方法，該方法的具體步驟是將鎳鹽、鈷鹽、錳鹽配制兩種不同摩爾比的溶液A和B，但溶液體積相同；采用計量泵將溶液A逐漸加到溶液B中，在此過程中將混合均勻后的溶液再加入到反應釜中，同時堿溶液和絡劑溶液也加入反應釜中，且在反應過程中穩(wěn)定合成工藝參數(shù)，溶液A、B同時消耗完畢即停止反應，最終離心洗滌并干燥制得的各元素呈不同濃度梯度分布的球形正極材料前驅體。該方法實現(xiàn)了組分連續(xù)變化，但是該方法形成的梯度溶液起初平緩降低，隨后急劇降低，很難實現(xiàn)材料顆粒組分均勻變化。

（三）發(fā)明內容

本發(fā)明為了彌補現(xiàn)有技術的不足，提供了一種自動化程度高、過程控制精準，產品均一性高的梯度三元正極材料的制備方法及其應用。

本發(fā)明是通過如下技術方案實現(xiàn)的：

一種梯度三元正極材料的制備方法，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）向反應釜內加氨水溶液和去離子水混合均勻，通惰性氣體除氧；

（3）在機械攪拌下，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，經管道混合器混合均勻后，加入到反應釜中，并持續(xù)加入沉淀劑溶液和氨水溶液，控制反應釜內溶液的酸堿度和氨水濃度為Cmol/L，反應溫度為40-60℃，在惰性氣體保護下進行共沉淀反應；

（4）反應結束后，經分離、洗滌、干燥得到梯度前驅體材料，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；