[發明專利]一種核殼結構高鎳三元正極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201911307404.4
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN111018006A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 陳騰飛;趙永鋒;張雷;李娟;焦玉春;任小磊;連云峰;劉園;李明軍;劉飄
• 申請（專利權）人: 多氟多新能源科技有限公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 鄭州圖釘專利代理事務所(特殊普通合伙) 41164
• 代理人: 石路

本發明屬于鋰離子電池正極材料技術領域，具體涉及一種核殼結構高鎳三元正極材料的制備方法；它包括：制備高鎳混合鹽液A和低鎳混合鹽液B；將高鎳混合鹽液A、堿性溶液和絡合劑泵入到反應釜內，通入惰性氣體，生成高密實顆粒；將低鎳混合鹽液B通過計量泵通入到混合鹽液A中，將AB的混合鹽液泵入反應釜，在顆粒表面形成鎳含量從內到外逐漸降低的過渡層；當混合鹽液AB消耗完畢，將反應鹽液完全切換為B鹽液繼續合成，形成外層低鎳包覆層；反應停止后，將產物進行壓濾水洗、烘干、過篩和除鐵；將前驅體和鋰源混合，在合適的氣氛下進行燒結；本發明易于工業化生產，保留了中低鎳三元材料的熱穩定性和高鎳材料的高比容量。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池正極材料技術領域，具體涉及一種核殼結構高鎳三元正極材料的制備方法。

背景技術

能源危機和環境問題是目前國際社會共同面臨的巨大難題，能源結構多樣化，減小對傳統不可再生能源的依賴，開發各種新型能源是各國一致的努力方向；鋰離子電池具備高電壓、高比能量、循環性能好和環境友好等優勢，既可用于手機、筆記本電腦、數碼相機等數碼產品，又可以作為動力型電池用于電動汽車；電動汽車可以很好地解決由于燃油車二氧化碳排放造成的環境問題，但是動力型鋰離子電池需要進一步解決能量密度和安全性問題，才能夠更好的用于商業化。

三元材料鎳鈷錳酸鋰作為鋰離子電池正極材料中的一種，綜合性能相較于鈷酸鋰和錳酸鋰等其他正極材料，成本低，比容量高，循環性能好；三元材料的發展經歷了從低鎳LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂（簡稱111三元），到中鎳LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂（523三元）和LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂（622三元），再到高鎳LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（811三元）的發展歷程，鎳含量越高，比容量越高，但是相應的材料穩定性和安全性能變差，尤其是811三元，材料表面較高的殘堿容易與電解液產生副反應，嚴重影響電池的安全性和穩定性。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術的不足，而提供一種可控性強，易于工業化生產，同時解決核殼材料分層問題，能夠得到核心高鎳，外殼低鎳，保留中低鎳三元材料的熱穩定性和高鎳材料的高比容量的三元材料的一種核殼結構高鎳三元正極材料的制備方法。

本發明的目的是這樣實現的：一種核殼結構高鎳三元正極材料的制備方法，以該方法制備的高鎳三元正極材料的化學式為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驟：

步驟1）：制備鎳鈷錳的摩爾濃度比為x:y:z的高鎳混合鹽液A和鎳鈷錳的摩爾濃度比為a:b:c的低鎳混合鹽液B，其中，x+y+z=1，0.7≤x≤0.9；a+b+c=1，0.3≤a≤0.6；

步驟2）：將高鎳混合鹽液A、堿性溶液和絡合劑分流泵入到反應釜內，同時通入惰性氣體保護，控制反應體系的pH，生成高密實顆粒，粒度D50達到d1時，取出一定量作為晶種繼續合成，此時需調整反應體系的pH，使得后續反應以顆粒生長占主導地位；當粒度D50達到d2時，將低鎳混合鹽液B通過計量泵以一定流速v1通入到一定體積V1的混合鹽液A中，同時將AB的混合鹽液以v2的流速泵入反應釜繼續合成，以此進料方式實現反應釜內溶液濃度發生連續改變；此時在顆粒表面形成鎳含量從內到外逐漸降低的過渡層；當混合鹽液AB消耗完畢，將反應鹽液完全切換為B鹽液繼續合成，形成外層低鎳包覆層；其中，晶種尺寸d1為3~6μm，高鎳核心尺寸d2為7~10μm，混合鹽液B通入到混合鹽液A中的流速v1為3~20mL/min，混合鹽液A的體積V1為3~20L；