[發明專利]一種雙濃度梯度摻雜型鋰離子電池正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011484337.6
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112599781B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 許開華;張坤;范亮姣;李聰;黎俊;陳康;孫海波;薛曉斐
• 申請（專利權）人: 荊門市格林美新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 中國有色金屬工業專利中心 11028
• 代理人: 范威

1.一種雙濃度梯度摻雜型鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，所述材料的化學式為LiNi_xCo_yMn_zM_1-x-y-zO₂，其中，0.3＜x＜0.9，0.01＜y＜0.15，0.05＜z＜0.2，M為硼、鎂、鈣、鎢、鉬、鉭、鍶、鋇、鈦、釩、鉻、鐵、銅、鋯中的一種或多種；所述方法包括以下步驟：

（1）配制鎳離子、鈷離子、錳離子的摩爾比為(85-95):(2-10):（2-10)、(60-80): (10-20): (10-30)、(40-85): (5-30): (5-30)、(30-70): (10-40): (10-40)的第一鹽溶液、第二鹽溶液、第三鹽溶液、第四鹽溶液；

（2）配制摻雜元素濃度為0.15-0.50 mol/L的摻雜鹽溶液；

（3）將第二鹽溶液以1.50-3.00 L/h的速率加入到第一鹽溶液中攪拌得到第一混合溶液，同時向反應釜中加入第一混合溶液、摻雜鹽溶液、氫氧化鈉溶液、氨水溶液進行第一次共沉淀反應；第一混合溶液、摻雜鹽溶液加入到反應釜中的速率分別為4.00-6.00L/h、2.00-4.00L/h；第一次共沉淀反應的工藝條件為：反應釜內銨濃度為5-12g/L、反應的pH為10-12、反應時間為50-80h；

（4）第一次共沉淀反應結束時，將第四鹽溶液以4.00-7.00 L/h的速率加入到第三鹽溶液中攪拌得到第二混合溶液，同時向所述反應釜中加入第二混合溶液、摻雜鹽溶液進行第二次共沉淀反應，得到固液混合物；第二混合溶液、摻雜鹽溶液加入到反應釜中的速率分別為12.00-14.00L/h、2.00-4.00L/h；第二次共沉淀反應的工藝條件為：反應釜內銨濃度為7-15g/L、反應的pH為10-11.5、反應時間為45-60h；

（5）將固液混合物依次進行離心洗滌、烘干、篩分除鐵后與氫氧化鋰按摩爾比1:(1.05-1.2)混合后進行一次焙燒、二次焙燒，一次焙燒工藝條件為：200℃-600℃熱處理1-5h，二次焙燒工藝條件為：600℃-900℃熱處理5h-15h；焙燒全程保持氧氣氣氛，然后冷卻、破碎、過篩，得到雙濃度梯度摻雜型鋰離子電池正極材料。

2.根據權利要求1所述的雙濃度梯度摻雜型鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，步驟（1）中第一鹽溶液中鎳離子、鈷離子、錳離子的濃度之和為2.00-5.00 mol/L；第二鹽溶液中鎳離子、鈷離子、錳離子的濃度之和為2.00-5.00 mol/L；第三鹽溶液中鎳離子、鈷離子、錳離子的濃度之和為2.00-5.00 mol/L；第四鹽溶液中鎳離子、鈷離子、錳離子的濃度之和為2.00-5.00 mol/L；鹽溶液為硫酸鹽溶液、硝酸鹽溶液、氯化鹽溶液中的一種。

3.根據權利要求1所述的雙濃度梯度摻雜型鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，步驟（2）摻雜鹽溶液中摻雜元素為硼、鎂、鈣、鎢、鉬、鉭、鍶、鋇、鈦、釩、鉻、鐵、銅、鋯中的一種或多種；步驟（3）中第一次共沉淀反應后得到前驅體內核，前驅體內核的化學式為Ni_aCo_bMn_cX_1-a-b-c(OH)₂，其中，0.4≤a＜0.85，0.05＜b＜0.08，0.06＜c＜0.1，X為硼、鎂、鈣、鎢、鉬、鉭、鍶、鋇、鈦、釩、鉻、鐵、銅、鋯中的一種或多種。

4.根據權利要求1所述的雙濃度梯度摻雜型鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，步驟（3）反應釜中的氣氛為氮氣氣氛；氫氧化鈉溶液的濃度為2-4 mol/L；氨水溶液的濃度為2-4 mol/L。

5.根據權利要求1所述的雙濃度梯度摻雜型鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，第一次共沉淀反應的轉速為300-420 rpm；第二次共沉淀反應的轉速為300-420 rpm。

6.根據權利要求1所述的雙濃度梯度摻雜型鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，步驟（5）中將固液混合物離心洗滌后烘干的工藝條件為：烘干溫度為100-160℃、烘干時間為8-15h。