[發明專利]一種三元前驅體及其制備方法

有效

• 申請號: 201911134550.1
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN110808367B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 張寶;王振宇
• 申請（專利權）人: 浙江帕瓦新能源股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京天盾知識產權代理有限公司 11421
• 代理人: 李瓊芳;肖小龍

本發明提供了一種三元前驅體及其制備方法，屬于鋰離子電池技術領域。本發明提供的三元前驅體，化學通式為{[Ni_x1Co_y1M_z1Nb_(1?x1?y1?z)]_n[Ni_x2Co_y2M_(1?x2?y2)]_1?n}(OH)₂，其中，0.7≤x1≤0.9，0.01≤y1≤0.2，0.01≤z1≤0.4，0.4≤x2≤0.7，0.01≤y2≤0.4，0.4≤n≤0.7，M=Mn或Al，摻雜Nb的高鎳氫氧化物為內核，低鎳氫氧化物為外殼。該三元前驅體的制備方法，包括以下步驟：配制總濃度相同但鎳、鈷以及錳或鋁的摩爾比例不同的A、B兩份溶液以及其他溶液；前期在反應釜中以高鎳配比的鎳鈷錳或鎳鈷鋁的可溶鹽水溶液、鈮鹽與氫氧化鈉水溶液在氨的絡合下進行共沉淀反應，制備出適宜粒度的摻鈮三元氫氧化物；后期在此基礎上生長低鎳配比的鎳鈷錳三元氫氧化物，合成出具有內部高鎳外部低鎳的濃度分層結構摻鈮三元正極材料前驅體。本發明制備得到的三元前驅體材料，表面均勻致密且結構排列有序，為三元正極材料實現優異的電化學性能提供了基礎。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，涉及一種鋰離子電池正極材料三元前驅體及其制備方法，具體涉及一種濕法可控濃度分層摻雜Nb三元正極材料前驅體及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池具有工作電壓高、能量密度大、循環壽命長、自放電率小、低污染、無記憶效應等特點，是目前能源行業的研究及應用熱點。鋰離子電池在新能源電動汽車、數碼產品、手機等領域具有廣泛的應用前景，并且隨著電動汽車行業的不斷發展，人們對鋰離子電池的安全性、充放電比容量和循環壽命提出越來越高的要求。因此，迫切地需要開發新型的電極材料來滿足未來電動市場的需求。層狀富鎳基三元正極材料(NCM、NCA)由于具有充放電容量高、價格低廉和毒性小等優點，被認為是最具有前途的正極材料之一。但這種材料存在首次庫倫效率較低、層狀結構容易坍塌等問題，使其在循環過程中出現電壓平臺和容量衰減較快、倍率性能差等缺陷，嚴重阻礙了其工業化。

目前，為了解決這些問題，研究者們對層狀富鎳基三元顆粒表面進行了涂覆或外來離子摻雜。涂層材料可以是金屬氧化物、金屬磷酸鹽、金屬氟化物等非活性物質，因此可以抑制正極材料與電解質的副反應和表面相變。對于離子摻雜，其主要目的為穩定層狀結構。

此外，通過形貌結構的設計和摻雜元素的定向排布，用以改善高鎳三元正極材料的循環穩定性和結構穩定性也是一種具有針對性的解決策略。目前，有專利報道離子濃度梯度的摻雜，進而有效地提高正極材料電化學性能。如申請號CN201710762454.6中介紹了一種通過控制Ni鹽流速以及均勻摻雜的策略，形成摻雜陽離子的濃度梯度NCM，有效提高其容量保持率；又如申請號為CN201910496175.9的專利中介紹了一種雙離子摻雜以及控制摻雜流速的策略，形成的濃度梯度的雙摻雜NCM前驅體，提高了其正極材料的倍率性能。但以上兩種合成策略有著合成步驟繁雜且控制變化流速的方式不利于元素比例的調控，重復性差等問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種三元正極材料前驅體及其簡單可行的制備方法，用于改善現有技術存在的弊端，提高層狀高鎳三元電池材料的循環性能、倍率性能和電化學性能。

本發明的解決方案是這樣實現的：