[發明專利]一種多層鋁摻雜的鎳鈷錳前驅體及其制備方法

在審

• 申請號: 202110981619.5
• 申請日: 2021-08-25
• 公開（公告）號: CN113603159A
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 謝池朋;陳九華;胡進;楊志
• 申請（專利權）人: 湖南杉杉能源科技有限公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 魏龍霞

一種多層鋁摻雜的鎳鈷錳前驅體，為核殼結構，以未摻鋁的鎳鈷錳氫氧化物為內核，內核表面依次覆有交替結構的摻鋁的鎳鈷錳氫氧化物層和未摻鋁的鎳鈷錳氫氧化物層，且鎳鈷錳前驅體的最外層是摻鋁的鎳鈷錳氫氧化物層。其制備方法：先向反應釜中加入氨水作為反應底液，通入氮氣，開啟攪拌，將金屬鹽混合液、沉淀劑、絡合劑并流加入反應釜中反應，直至生成的顆粒的粒徑達到內核粒徑；通入偏鋁酸鈉溶液，在內核表面生成的摻鋁的鎳鈷錳氫氧化物層；停止通入偏鋁酸鈉溶液，在摻鋁的鎳鈷錳氫氧化物層表面生成未摻鋁的鎳鈷錳氫氧化物層；如此反復，直至生成設計結構的多層鋁摻雜的鎳鈷錳前驅體。本發明中的鎳鈷錳前驅體具有較好的熱穩定性和結構穩定性。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，尤其涉及一種多層鋁摻雜的鎳鈷錳前驅體及其制備方法。

背景技術

與其他傳統二次電池相比，鋰離子電池由于具有能量密度高、循環壽命長、綠色環保等優點，廣泛應用于3C電子產品及電動汽車領域。鎳鈷錳三元正極材料因其具有高可逆容量、長循環性能和高工作電壓成為最有前景的鋰離子電池正極材料。鎳含量的增加進一步提高了現有鎳鈷錳三元正極材料的容量，但是過量的鎳富集會導致循環性能下降和熱穩定性惡化，從而存在安全隱患。目前，為了消除高鎳所帶來的負面影響，通過提高結構穩定性、減少陽離子混排等技術手段，研究人員發現在NCM中進行金屬離子改性是十分有效的方法。在各種改性金屬中，鋁的改性可以穩定NCM的晶體結構，明顯抑制充放電過程中的放熱反應，從而提高材料的循環性能和耐過充性能。

中國專利CN107316990A公開了一種氫氧化鋁包覆型鎳鈷正極材料前驅體的制備方法，其先在反應釜中合成球形氫氧化鎳鈷內核，然后在內核表面包覆一層氫氧化鋁，雖然鋁的包覆可抑制充放電過程中的放熱反應，提高結構穩定性，但氫氧化鋁外殼本身不提供有效容量，包覆一定厚度的外殼反而會阻礙鋰離子在正極材料中的脫嵌。因此，如何進一步改進鋁的分布形式，以進一步提高材料的熱穩定性與結構穩定性是目前亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種熱穩定性和結構穩定性較好的多層鋁摻雜的鎳鈷錳前驅體及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種多層鋁摻雜的鎳鈷錳前驅體，所述鎳鈷錳前驅體以未摻鋁的鎳鈷錳氫氧化物為內核，所述內核表面依次覆有交替結構的摻鋁的鎳鈷錳氫氧化物層和未摻鋁的鎳鈷錳氫氧化物層，其中，鎳鈷錳前驅體的最外層是摻鋁的鎳鈷錳氫氧化物層。

上述的多層鋁摻雜的鎳鈷錳前驅體，優選的，所述交替結構的摻鋁的鎳鈷錳氫氧化物層和未摻鋁的鎳鈷錳氫氧化物層的總層數為3-9層。

上述的多層鋁摻雜的鎳鈷錳前驅體，優選的，所述內核的直徑為1-6μm，所述摻鋁的鎳鈷錳氫氧化物層和所述未摻鋁的鎳鈷錳氫氧化物層的厚度為0.5-4μm。

上述的多層鋁摻雜的鎳鈷錳前驅體，優選的，所述多層鋁摻雜的鎳鈷錳前驅體的通式為Ni_aCo_bMn_cAl_1-a-b-c(OH)₂，其中，0.8≤a＜1，0＜b＜0.2，0＜c＜0.2，0.001≤1-a-b-c≤0.05；所述多層鋁摻雜的鎳鈷錳前驅體的各層材料中的鎳元素占各層材料中鎳、鈷、錳總摩爾數的百分比不低于80％，摻鋁的鎳鈷錳氫氧化物層中鋁元素含量占摻鋁的鎳鈷錳氫氧化物層中的鎳、鈷、錳、鋁總摩爾數的百分比不高于5％；所述內核的化學式為Ni_xCo_yMn_1-x-y(OH)₂，其中0.8＜x＜1，0＜y＜0.2。