一种具有多级结构的多元正极材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种具有多级结构的多元正极材料的制备方法，该多元正极材料包括核心层、中间层和外层，其中该正极材料具备如下化学式(1-a-b)LiNi_1-x-yCo_xAl_yO₂.aLiNi_0.2Co_0.4Mn_0.4O₂.bLiCo_0.3Mn_0.2Al_0.5O₂，其中a＝0.2-0.3，b＝0.1-0.15，x＝0.1-0.15，y＝0.15-0.2，该方法包括如下步骤：(1)制备核心层前躯体；(2)共沉淀法形成具有中间层的前躯体；(3)渗透法形成具有外层的前躯体；(4)烧结。本发明制备的多元正极材料，具有组分配比不同的三级层结构，其中核心层所占比例最高，并具有较高的Ni含量，以保证材料的高容量，中间层具有较高的钴含量，以保证材料的循环稳定性，外层具有较高的铝含量，以提高材料的热稳定性能。

主权项

一种具有多级结构的多元正极材料的制备方法，该多元正极材料包括核心层、中间层和外层，其中该正极材料具备如下化学式(1‑a‑b)LiNi_1‑x‑yCo_xAl_yO₂·aLiNi_0.2Co_0.4Mn_0.4O₂·bLiCo_0.3Mn_0.2Al_0.5O₂，其中a＝0.2‑0.3，b＝0.1‑0.15，x＝0.1‑0.15，y＝0.15‑0.2，该方法包括如下步骤：(1)制备核心层前躯体配制浓度为1‑2mol/L的草酸溶液，将硝酸镍、硝酸钴和硝酸铝按照摩尔比1‑x‑y：x：y混合后溶于去离子水配置成总浓度为2‑3mol/L的混合硝酸盐溶液，将上述配制好的草酸溶液置于带搅拌的反应器中，强烈搅拌，向反应器中输入混合盐溶液，通过恒温水浴，控制调节反应器内反应液的温度并保持在65‑75℃范围内恒定，加料完成，继续搅拌陈化，其中草酸溶液的量应该足够使得所有镍、钴、铝离子生成草酸镍钴铝；将上步所得物料转入固液分离器中进行固液分离，用去离子水洗涤固液分离所得的固体产物，洗涤后的产物干燥，得到草酸镍钴铝粉体，将草酸镍钴铝粉体空气气氛400‑500℃煅烧5‑8h，分解制得核心层前躯体，冷却后研成粉末，备用；(2)共沉淀法形成具有中间层的前躯体将硫酸镍、硫酸钴和硫酸锰按照摩尔比2:4:4溶解于去离子水中，形成总浓度为1‑2mol/L的混合硫酸盐溶液，将上述核心层前躯体放入所述混合硫酸盐溶液中，在以500‑1000r/min的快速搅拌过程中，加入浓度为3‑4mol/L的氢氧化钠溶液，其中前躯体中的镍钴铝的总摩尔量与混合硫酸盐中的镍钴锰的总摩尔量的比为1‑a‑b：a，氢氧化钠溶液的量应足够使得混合硫酸盐中的镍钴锰离子沉淀；将所得固液用去离子水洗涤，干燥，在空气气氛中500‑600℃煅烧3‑5h，得到具有中间层的前躯体，冷却后研成粉末，备用；(3)渗透法形成具有外层的前躯体将钴锰铝的柠檬酸盐溶解在去离子水中，其中钴锰铝元素的摩尔比为3:2:5，得到金属离子总浓度为0.5‑1mol/L的柠檬酸盐溶液；将上述具有中间层的前躯体粉末和分散剂丙酮一并放入配好的柠檬酸盐溶液中混合均匀，其中前躯体微球粉末中镍钴铝锰元素总量与柠檬酸盐溶液中的钴锰铝元素总量的摩尔比为1‑b：b，搅拌形成悬浮液，然后将悬浮液在180‑210℃喷雾干燥后得到包覆有外层的前躯体；(4)烧结将喷雾干燥后的包覆有外层的前驱体和碳酸锂混合后以300‑400r/min的速度球磨2‑3h，其中前躯体中的镍锰钴铝的总摩尔量与碳酸锂中的锂的摩尔比1:1，然后在800‑900℃下煅烧10‑20h，自然冷却至室温后再次在球磨机上研磨1‑2h，得到最终产品。