[发明专利]一种锂离子电池梯度正极材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种锂离子电池梯度正极材料及其制备方法，该材料的平均组成如式：Li_0.3+δNi_xCo_yMn_zD_{1‑x‑y‑z}O₂，0≤δ≤0.9，0.3≤x≤1，0≤y≤0.4，0≤z≤0.4，D为Mo、Ca、Mg、Fe、Zr、Ti、Zn、Y、W、V、Nb、Sm、La、B、Al、Cr中的一种或多种，其中掺杂元素D的含量从颗粒核心到表面逐渐增大。本发明根据球形材料中不同区域的倍率不同，对掺杂元素进行优化分配；在沉淀过程中通过改变不同阶段掺杂元素的含量，来提升材料内部晶体结构中锂离子传输速率，进而提高现有多元材料的倍率性能与循环寿命。此过程连续可控，操作简单，成本低，适合大规模生产制备。

主权项

1.一种锂离子电池梯度正极材料，平均化学组成如式：Li_0.3+δNi_xCo_yMn_zD_{1‑x‑y‑z}O₂，0≤δ≤0.9，0.3≤x≤1，0≤y≤0.4，0≤z≤0.4，D为Mo、Ca、Mg、Fe、Zr、Ti、Zn、Y、W、V、Nb、Sm、La、B、Al、Cr中的一种或多种，其特征在于掺杂元素D的含量从颗粒核心到表面逐渐增大；该材料的制备方法包括：(1)采用Ni、Co、Mn过渡金属可溶盐为原料，按照一定比例配制过渡金属盐混合溶液，加入原料罐；(2)采用多个不同浓度的Ti溶胶分罐，将不同浓度的Ti溶胶加入掺杂元素总罐，通过控制Ti溶胶的流速及总罐中液体体积，进而控制Ti元素在材料中呈梯度变化；(3)将原料罐中溶液、掺杂元素总罐中溶液、沉淀剂和络合剂，以并流的方式连续加入带搅拌的反应器中，控制掺杂元素的摩尔比例呈梯度变化；在通入惰性气体条件下，控制反应器温度30～70℃，pH值8.0～12.5，连续反应时间为5～40h；(4)将步骤(3)得到的产物取出，放入连续水洗箱进行碱性控制，多次搅拌水洗，进行烘干处理，得到前驱体；(5)将前驱体与一定化学计量比的锂源材料进行混料处理，放入气氛烧结炉中进行烧结，温度控制在300～1000℃，时间为5～40h；对烧结产物进行筛分处理，得到梯度掺杂多元正极材料。