[發明專利]一種摻雜金屬元素的三元前驅體及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110841834.5
• 申請日: 2021-07-26
• 公開（公告）號: CN113582249B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 高琦;吳浩;黃仁忠;羅敏;鄭江峰;張晨
• 申請（專利權）人: 江西佳納能源科技有限公司;廣東佳納能源科技有限公司;清遠佳致新材料研究院有限公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 劉建榮

本發明涉及鋰離子電池正極材料技術領域，具體而言，涉及一種摻雜金屬元素的三元前驅體及其制備方法和應用。本發明摻雜金屬元素的三元前驅體的制備方法，包括以下步驟：向反應底液中加入鎳鈷錳混合鹽溶液、絡合劑溶液、沉淀劑溶液和摻雜金屬鹽溶液進行共沉淀反應；調整沉淀劑溶液的進料位點、鎳鈷錳混合鹽溶液的進料位點和金屬鹽溶液的進料位點的位置關系；所述鎳鈷錳混合鹽溶液中，鎳離子、鈷離子和錳離子的濃度之和為0.5～2.5mol/L；所述金屬鹽溶液中的金屬鹽質量濃度為0.1～5.0g/L；所述鎳鈷錳混合鹽溶液的流量和所述金屬鹽溶液的流量之比為(0.5～4)：1。該方法簡單易行，得到的三元前驅體具有優異的穩定性和均一性。

技術領域

本發明涉及鋰電池電極材料技術領域，具體而言，涉及一種摻雜金屬元素的三元前驅體及其制備方法和應用。

背景技術

三元正極材料綜合了Ni、Co、Mn元素多元協同的優勢，具有能量密度高、振實密度大等優點，其制備的鋰離子電池具有重量輕、體積小、容量大、循環壽命長、無記憶效應等優點，從而被廣泛應用到手機、筆記本電腦等移動電子設備，電動汽車等領域。但大量的研究發現，材料在高電壓下存在較大的不可逆相變，容量衰減嚴重，電子電導率低，倍率性能較差，高溫條件下層狀結構坍塌，熱穩定性變差，這些缺點嚴重制約著NCM三元正極材料的應用與發展。

摻雜一般是摻入與材料中例子半徑比較接近的離子，目的是使摻雜離子進入晶格，取代原材料中的部分離子，穩定材料的晶體結構，從而改善材料的循環性能和熱穩定性能。適當摻雜也可對材料的電導率和鋰離子遷移速率產生有利影響。摻雜改性作為一種簡單有效地提升材料電化學性能的手段，在三元正極材料行業得到廣泛應用。

傳統的摻雜方式為固相法合成，即在燒結段將三元正極材料與含摻雜金屬化合物按一定比例混合后進行燒結，摻雜的金屬離子進入到三元正極材料的晶體結構中實現摻雜。固相法摻雜具有以下缺點：晶體表面層的元素摻雜多、內部少，摻雜的均勻程度難以保證；摻雜量難以控制，影響產品的穩定性和均一性。這是由于摻雜方法本身缺陷導致，在高溫燒結過程中，摻雜金屬陽離子通過擴散進入到正極材料晶體表面，這種擴散必然導致摻雜金屬離子在正極材料晶體局部富集，即表面多，且這種擴散的數量無法控制。現有的液相沉淀摻雜也不能很好的實現產品兼具優異的穩定性和均一性。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的一個目的在于提供一種摻雜金屬元素的三元前驅體的制備方法，可實現在共沉淀反應過程中定量均勻的摻雜金屬元素，使得到的三元前驅體具有優異的穩定性和均一性。

本發明的另一個目的在于提供一種所述的摻雜金屬元素的三元前驅體的制備方法得到的前驅體。其兼具優異的穩定性和均一性。

本發明的另一個目的在于提供一種鋰離子電池電極材料，以改善鋰電池的電化學性能。

為了實現本發明的上述目的，特采用以下技術方案：

一種摻雜金屬元素的三元前驅體的制備方法，包括以下步驟：

向反應底液中加入鎳鈷錳混合鹽溶液、絡合劑溶液、沉淀劑溶液和摻雜金屬鹽溶液進行共沉淀反應；

所述鎳鈷錳混合鹽溶液的進料位點、所述絡合劑溶液的進料位點和所述沉淀劑溶液的進料位點位于同一水平面A；所述摻雜金屬鹽溶液的進料位點位于所述水平面A的上方；且所述沉淀劑溶液的進料位點和所述摻雜金屬鹽溶液的進料位點之間的距離大于所述沉淀劑溶液的進料位點和所述鎳鈷錳混合鹽溶液的進料位點之間的距離；

所述鎳鈷錳混合鹽溶液中，鎳離子、鈷離子和錳離子的濃度之和為0.5～2.5mol/L；所述金屬鹽溶液中，金屬鹽的濃度為0.1～5.0g/L；所述鎳鈷錳混合鹽溶液的流量和所述金屬鹽溶液的流量之比為(0.5～4)：1。

優選地，所述鎳鈷錳混合鹽溶液的流量為0.1～500L/h；