[发明专利]一种多元正极前驱体及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种多元正极前驱体及其制备方法和应用。所述制备方法包括：将多元正极前驱体所需的各金属元素源的溶液分别用计量装置控制流速并汇流成混合金属源溶液，将络合剂、沉淀剂与所述混合金属源溶液混合，进行共沉淀反应，得到所述多元正极前驱体；所述多元正极前驱体所需的金属元素种类在3种以上。本发明的方法制备的前驱体产品可实现从颗粒内核到颗粒表面各元素的浓度分布呈梯度规律变化，且可按设计要求控制梯度变化的规律，最大程度上满足产品的高端定制要求。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种多元正极前驱体及其制备方法和应用，尤其涉及一种多元正极前驱体及其制备方法和正极材料、锂离子电池。

背景技术

锂离子电池作为一种绿色二次电池，具有重量轻、体积小、放电平台高、容量大、循环寿命长、无记忆效应等优点，已广泛用于新能源汽车、3C数码、航空航天等领域。而锂电池的核心材料是正负极材料、隔膜与电解液。目前动力型锂离子电池正极材料以三元正极材料为主。第一代三元正极材料以LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂为主，随着人们对容量的要求越来越高，三元材料逐渐向LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂、LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂、LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂过渡。随着镍含量的升高，容量会逐渐升高，但同时安全性能与循环性能均相应下降，尤其是安全性能，因此带浓度梯度的多元正极材料应运而生。所谓带浓度梯度的多元正极材料即从材料颗粒内核到表层中的镍、钴、锰等金属阳离子浓度是渐变的，典型地，内核部分镍含量较高，表层镍含量较低。

共沉淀-高温烧结法是制备三元正极材料的主流工艺，即先通过共沉淀法合成三元正极材料前驱体，再将前驱体混合锂盐后高温烧结而成。故决定三元正极材料的核心在于其前驱体。前驱体的主要成分为镍钴锰氢氧化物Ni_xCo_yMn_z(OH)₂(x+y+z=1)或镍钴铝氢氧化物Ni_xCo_yAl_z(OH)₂(x+y+z=1)。具体是采用镍盐、钴盐、锰盐或者铝盐为原料，氨水为络合剂，氢氧化钠为沉淀剂，控制pH、温度、搅拌速率等关键参数在反应釜内共沉淀结晶形成。

目前制备带浓度梯度多元正极材料前驱体的方案有很多，例如CN107346824A在机械搅拌下，用泵分别以V1和V2的速度抽取镍钴锰盐溶液1和镍钴锰盐溶液2，汇合到带有管道混合器的管道中进行共沉淀获得。该方法也能制备带浓度梯度的前驱体，但是梯度变化受制于溶液1和溶液2的限制，梯度变化调节能力有限。CN107331858A，将镍钴锰盐溶液分为三份不同比例的盐溶液A、溶液B、溶液C，先通溶液A进行共沉淀，随后通入溶液B，最后通入溶液C，这样的前驱体金属离子从里到外呈现三种浓度比例，也是制备金属离子浓度变化的前驱体的方法。CN109616664A与上一个公布方案类似，在配制三种盐溶液的同时进入高分子试剂造孔，这无疑会降低材料的振实密度。CN104934595A将铝盐溶液单独进样，可以制备铝浓度梯度的前驱体，镍和钴的比例不能通过该方案实现浓度梯度的变化。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种多元正极前驱体及其制备方法和应用。本发明提供的制备方法可以根据需要对多元正极前驱体中的任意一种或多种金属元素实现浓度梯度变化，并且浓度梯度的变化强弱程度可以根据需要进行调节。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种多元正极前驱体的制备方法，所述方法包括以下步骤：