[發明專利]一種多元正極前驅體及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110562539.6
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113023795A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 盧鵬;李冰;胡夢菲;陳修好
• 申請（專利權）人: 昆山寶創新能源科技有限公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京遠智匯知識產權代理有限公司 11659
• 代理人: 王巖

本發明提供了一種多元正極前驅體及其制備方法和應用。所述制備方法包括：將多元正極前驅體所需的各金屬元素源的溶液分別用計量裝置控制流速并匯流成混合金屬源溶液，將絡合劑、沉淀劑與所述混合金屬源溶液混合，進行共沉淀反應，得到所述多元正極前驅體；所述多元正極前驅體所需的金屬元素種類在3種以上。本發明的方法制備的前驅體產品可實現從顆粒內核到顆粒表面各元素的濃度分布呈梯度規律變化，且可按設計要求控制梯度變化的規律，最大程度上滿足產品的高端定制要求。

技術領域

本發明屬于電池技術領域，涉及一種多元正極前驅體及其制備方法和應用，尤其涉及一種多元正極前驅體及其制備方法和正極材料、鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池作為一種綠色二次電池，具有重量輕、體積小、放電平臺高、容量大、循環壽命長、無記憶效應等優點，已廣泛用于新能源汽車、3C數碼、航空航天等領域。而鋰電池的核心材料是正負極材料、隔膜與電解液。目前動力型鋰離子電池正極材料以三元正極材料為主。第一代三元正極材料以LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂為主，隨著人們對容量的要求越來越高，三元材料逐漸向LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂、LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂、LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂過渡。隨著鎳含量的升高，容量會逐漸升高，但同時安全性能與循環性能均相應下降，尤其是安全性能，因此帶濃度梯度的多元正極材料應運而生。所謂帶濃度梯度的多元正極材料即從材料顆粒內核到表層中的鎳、鈷、錳等金屬陽離子濃度是漸變的，典型地，內核部分鎳含量較高，表層鎳含量較低。

共沉淀-高溫燒結法是制備三元正極材料的主流工藝，即先通過共沉淀法合成三元正極材料前驅體，再將前驅體混合鋰鹽后高溫燒結而成。故決定三元正極材料的核心在于其前驅體。前驅體的主要成分為鎳鈷錳氫氧化物Ni_xCo_yMn_z(OH)₂(x+y+z=1)或鎳鈷鋁氫氧化物Ni_xCo_yAl_z(OH)₂(x+y+z=1)。具體是采用鎳鹽、鈷鹽、錳鹽或者鋁鹽為原料，氨水為絡合劑，氫氧化鈉為沉淀劑，控制pH、溫度、攪拌速率等關鍵參數在反應釜內共沉淀結晶形成。

目前制備帶濃度梯度多元正極材料前驅體的方案有很多，例如CN107346824A在機械攪拌下，用泵分別以V1和V2的速度抽取鎳鈷錳鹽溶液1和鎳鈷錳鹽溶液2，匯合到帶有管道混合器的管道中進行共沉淀獲得。該方法也能制備帶濃度梯度的前驅體，但是梯度變化受制于溶液1和溶液2的限制，梯度變化調節能力有限。CN107331858A，將鎳鈷錳鹽溶液分為三份不同比例的鹽溶液A、溶液B、溶液C，先通溶液A進行共沉淀，隨后通入溶液B，最后通入溶液C，這樣的前驅體金屬離子從里到外呈現三種濃度比例，也是制備金屬離子濃度變化的前驅體的方法。CN109616664A與上一個公布方案類似，在配制三種鹽溶液的同時進入高分子試劑造孔，這無疑會降低材料的振實密度。CN104934595A將鋁鹽溶液單獨進樣，可以制備鋁濃度梯度的前驅體，鎳和鈷的比例不能通過該方案實現濃度梯度的變化。

發明內容

針對現有技術中存在的上述不足，本發明的目的在于提供一種多元正極前驅體及其制備方法和應用。本發明提供的制備方法可以根據需要對多元正極前驅體中的任意一種或多種金屬元素實現濃度梯度變化，并且濃度梯度的變化強弱程度可以根據需要進行調節。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供一種多元正極前驅體的制備方法，所述方法包括以下步驟：