[发明专利]一种具有过渡金属元素浓度梯度的高镍三元材料制备方法及其所制备的材料

权利要求书

1.具有过渡金属元素浓度梯度的高镍三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法首先将具有不同过渡金属元素含量的浓度梯度结构的前驱体与添加剂进行高速机械融合，然后与氢氧化锂混合，并通过控制焙烧过程中的颗粒生长与元素扩散制备过渡金属元素浓度梯度分布的高镍三元正极材料，其中所述具有不同过渡金属元素含量的浓度梯度结构的前驱体由共沉淀法一步制得或者由不同组分前驱体经过复合两步制得，浓度梯度层的厚度为0.5~3μm，所述方法包括以下步骤：

（1） 前驱体改性：将具有不同过渡金属元素含量的浓度梯度结构的前驱体与包括Al、B、Mg、Ca、Zn、Zr、W、V、Mo、Ti、Sm、Y元素中至少一种的化合物添加剂混合并进行高速机械融合，制得[Ni_xCo_yMn_zM_1-x-y-z]改性氢氧化物前驱体，其中，0.6≤x≤0.95，0.09≤y≤0.3，0≤z≤0.3，M为Al、B、Mg、Ca、Zn、Zr、W、V、Mo、Ti、Sm、Y中的至少一种；

（2） 配制混合物：按照分子式为Li[Ni_xCo_yMn_zM_1-x-y-z]O₂的比例，将 [Ni_xCo_yMn_zM_1-x-y-z]改性氢氧化物前驱体和氢氧化锂，加入到混合料罐中进行充分混合搅拌至均匀，得到混合物料；

（3） 焙烧处理：将步骤（2）所得混合物料置于马弗炉中，在纯氧气气氛下，按照0.5~3℃/min的升温速度，进行多段式焙烧，所述的多段式焙烧包含以下阶段：400~550℃保温3~6h，700~800℃保温5~20h以及820~850℃保温0~6h，之后以0.5~3℃/min的速度降温，随炉冷却。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，对焙烧材料进行后改性处理，包括水洗、固液分离、干燥、包覆、二次焙烧中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在水洗的过程中用来洗料的去离子水的温度为10~80℃。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述固液分离方式为离心、压滤或抽滤。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述干燥处理的温度为80~150℃。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述包覆处理采用的包覆物为含Al、B、Mg、Ca、Zn、Zr、W、V、Mo、Ti、Sm、Y、F、P中至少一种元素的化合物。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述二次焙烧是在纯氧气气氛下焙烧，升温速度为1~5℃/min，焙烧温度为400~800℃，焙烧时间为4~12h。

8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法所制备的材料，其特征在于，元素M与总过渡金属元素的摩尔比为0~0.02:1，元素镍的浓度由所述高镍三元正极材料二次颗粒的内部向颗粒表面呈逐渐降低的梯度分布。

9.根据权利要求8所述的材料，其特征在于，所述高镍三元正极材料具有典型的α-NaFeO₂层状结构，属Rm空间群。

10.根据权利要求8所述的材料，其特征在于，所述高镍三元正极材料的二次颗粒呈球形或类球形，其平均粒径为8~12μm，所述二次颗粒由平均粒径为0.2~0.6μm的一次颗粒组成。