[發(fā)明專利]原位梯度摻雜單晶高鎳鋰離子電池高電壓正極材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2021-08-06
• 公開（公告）號: CN113764657B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)明（設計）人: 楊成浩;鐘文濤
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/131;H01M4/1391
• 代理公司: 重慶信必達知識產(chǎn)權代理有限公司 50286
• 代理人: 劉竹

1.一種原位梯度摻雜單晶高鎳鋰離子電池高電壓正極材料的制備方法，其特征在于，所述原位梯度摻雜單晶高鎳鋰離子電池正極材料的制備方法包括以下步驟：

步驟一，按照化學表達式為LiNi_xCo_yMn_zA_aB_bO₂中Ni、Co和Mn元素的化學計量比，稱取鎳鹽、鈷鹽和錳鹽共同溶解在去離子水中，配置成溶液X；

步驟二，按照化學計量比稱取可溶性A鹽和B鹽，分別溶解于去離子水中，配置成溶液Y和溶液Z；同時將可溶性堿和氨水共同溶解于去離子水中；

步驟三，將步驟一配制好的溶液X和混合堿液勻速泵入反應釜中，同時將溶液Y和溶液Z泵入反應釜，并控制溶液Y和溶液Z的流速逐漸加大；

步驟四，X溶液、Y溶液以及Z溶液同步加入完成后，靜置陳化，將沉淀物過濾，洗滌，烘干，得到單晶Ni_xCo_yMn_zA_aB_b(OH)₂前驅體；

步驟五，將步驟四得到的單晶Ni_xCo_yMn_zA_aB_b(OH)₂前驅體與鋰源均勻混合后，在氧氣氣氛下預燒結，煅燒，即得到A、B原位梯度摻雜的單晶高鎳鋰離子電池正極材料LiNi_xCo_yMn_zA_aB_bO₂；

步驟一中，0.5≤x≤1，0≤y≤z＜0.5，0＜a≤0.01，0＜b≤0.01，且x+y+z+a+b＝1；其中，所述A元素為Al、Ti、Cr和Fe中的任意一種，所述B元素為Zr、Nb、La、Ru、Sr和Sn中的任意一種；

步驟一中，所述鎳鹽為硫酸鎳、氯化鎳、硝酸鎳和乙酸鎳中的任意一種或幾種；所述鈷鹽為硫酸鈷、氯化鈷、硝酸鈷和乙酸鈷中的任意一種或幾種；所述錳鹽為硫酸錳、氯化錳、硝酸錳和醋酸錳中的任意一種或幾種；所述A鹽為Al、Ti、Cr和Fe的可溶性鹽，包括氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽和乙酸鹽；所述B鹽為Zr、Nb、La、Ru、Sr和Sn的可溶性鹽，包括氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽和乙酸鹽；

步驟一中，所述溶液X中的陽離子濃度都不高于3mol/L；

步驟二中，所述溶液Y和溶液Z中的陽離子濃度為1～3mol/L。

2.如權利要求1所述的原位梯度摻雜單晶高鎳鋰離子電池高電壓正極材料的制備方法，其特征在于，步驟二中，所述堿的濃度為3～8mol/L，所述氨水的摩爾濃度為2～5mol/L；所述堿為氫氧化鈉溶液和氫氧化鉀溶液中的任意一種或兩種；所述堿與氨水的摩爾比為(1.5～2.5)：1。

3.如權利要求1所述的原位梯度摻雜單晶高鎳鋰離子電池高電壓正極材料的制備方法，其特征在于，步驟三中，所述溶液X加入速度為勻速加入，溶液Y和溶液Z的加入速度逐漸加大，并控制在同一時間加完；整個過程反應釜中的pH值控制在9～12之間、溫度在60～80℃之間。

4.如權利要求1所述的原位梯度摻雜單晶高鎳鋰離子電池高電壓正極材料的制備方法，其特征在于，步驟四中，所述靜置陳化時間為8～25h。

5.如權利要求1所述的原位梯度摻雜單晶高鎳鋰離子電池高電壓正極材料的制備方法，其特征在于，步驟五中，所述單晶Ni_xCo_yMn_zA_aB_b(OH)₂前驅體與鋰源按照1：(1.03～1.2)的摩爾比均勻混合，所述鋰源為氫氧化鋰、磷酸二氫鋰和碳酸鋰中的任意一種或幾種；燒結制度是在氧氣氣氛下，以1～5℃/min的升溫速率升溫到450～550℃，保溫3～8h后，再以1～5℃/min的升溫速率升溫到700～1000℃煅燒12～30h。

6.一種應用如權利要求1～5任意一項所述的原位梯度摻雜單晶高鎳鋰離子電池高電壓正極材料的制備方法制備得到的原位梯度摻雜單晶高鎳鋰離子電池正極材料，其特征在于，所述原位梯度摻雜單晶高鎳鋰離子電池正極材料的化學表達式為：

LiNi_xCo_yMn_zA_aB_bO₂；

其中，0.5≤x≤1，0≤y≤z＜0.5，0＜a≤0.01，0＜b≤0.01，且x+y+z+a+b＝1；所述A元素為Al、Ti、Cr和Fe中的任意一種，所述B元素為Zr、Nb、La、Ru、Sr和Sn中的任意一種。