梯度分布的复合多元材料前驱体及其制备方法和应用

摘要

本发明涉及一种锂离子电池用梯度分布的复合多元正极材料前驱体及其制备方法和在制备锂离子电池正极材料中的应用。该前驱体具有以下分子式组成：Ni_xCo_yMn_zM_1-x-y-z(OH)₂，其中，0.2＜x＜0.8，0.1＜y＜0.5，0＜z＜0.6，M为掺杂金属离子，包括Mg、Ca、Zn、Al、Cr、Zr、Ti其中一种或几种；该前驱体包括核心部分和多层依次包覆于核心的外层壳部分；所述核心部分的分子式组成为Ni_kCo_nMn_mM_1-k-n-m(OH)₂，其中，0.5＜k＜1，0.05＜n＜0.5，0＜m＜0.6；所述外层壳部分通过控制原料成分的配比以及制备工艺使外层壳部分的材料组成呈现梯度分布。与内部结构均一的三元材料相比，本发明锂离子电池正极材料既发挥了较高的放电比容量，同时材料的循环稳定性、高温循环稳定性和倍率性能也有较大提高。

主权项

一种阳离子掺杂功能梯度复合多元锂离子电池正极材料前驱体，具有以下分子式组成：Ni_xCo_yMn_zM_{1‑x‑y‑z}(OH)₂，其中，0.2<x<0.8，0.1<y<0.5，0<z<0.6，M为掺杂金属离子，包括Mg、Ca、Zn、Al、Cr、Zr、Ti其中一种或多种；该前驱体包括核心部分和多层依次包覆于核心的外层壳部分；所述核心部分的分子式组成为：Ni_kCo_nMn_mM_{1‑k‑n‑m}(OH)₂，其中，0.5<k<1，0.05<n<0.5，0<m<0.6；所述外层壳部分通过控制原料成分的配比以及制备工艺使外层壳部分的材料组成呈现梯度分布；所述前驱体制备方法包括以下步骤：(1)将镍、钴、锰及掺杂金属的硫酸盐、硝酸盐或氯化物在25‑60℃下溶解在去离子水中配置成溶液A，其中镍的摩尔百分含量为50％‑95％；(2)将NaOH溶解在去离子水中配置成浓度为8‑12mol/L的溶液B；(3)配置质量百分比浓度在15‑25％的氨水溶液C；(4)向反应釜中加入溶液A、B和C，充分搅拌，控制反应釜内溶液温度在40‑70℃，pH值在9‑12范围内，待通过共沉淀反应获得的沉淀物达到3‑20微米的粒度范围后停止溶液A的加入，该沉淀物即为前驱体的核心部分，沉淀物的分子式为Ni_kCo_nMn_mM_{1‑k‑n‑m}(OH)₂，其中，0.5<k<1，0.05<n<0.5，0<m<0.6；(5)改变溶液A中镍、钴、锰比例，控制镍的摩尔百分含量低于50％，重新向反应釜内加入改变配比后的溶液A，充分搅拌，控制反应釜内溶液温度在40‑70℃，pH值在9‑12范围内，待通过共沉淀反应获得的沉淀物达到4‑22微米后停止溶液A的加入；(6)重复步骤(5)3‑4次，将Ni含量逐步降低，得到阳离子掺杂功能梯度复合多元锂离子电池正极材料前驱体沉淀，组成如下：Ni_xCo_yMn_zM_{1‑x‑y‑z}(OH)₂，其中，0.2<x<0.8，0.1<y<0.5，0<z<0.6，M为掺杂金属离子，包括Mg、Ca、Zn、Al、Cr、Zr、Ti其中一种或多种；(7)将步骤(6)得到的沉淀经过滤后用去离子水洗涤直至pH值降到8‑10，60‑180℃下烘干4‑10小时，即得。