[发明专利]制备多种比例层状前驱体的方法

说明书

本发明公开了一种制备多种比例层状前驱体的方法。本发明采用的技术方案为：其采用的装置包括反应釜Ⅰ、反应釜Ⅱ、溢流管、循环泵、出清泵Ⅰ和出清泵Ⅱ，反应釜Ⅰ通过溢流管与反应釜Ⅱ相接，循环泵的进口与反应釜Ⅱ相接，循环泵的出口与反应釜Ⅰ相接，反应釜Ⅰ与反应釜Ⅱ内部均设有滤棒；通过在合成过程中，向主次釜投入不同比例的金属液，两个釜通过溢流及循环泵实现连续混合，从而均匀控制内部不同比例一次粒子的尺寸，可以控制不同比例一次粒子尺寸在20～2000nm，使其呈均匀叠层分布，也可以通过控制金属液投料槽，分阶段投入不同比例金属液，以控制不同比例、不同尺寸环状层结构的前驱体，不同比例环层厚度在0.1～10μm。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料前驱体技术领域，特别是一种制备多种比例层状前驱体的方法。

背景技术

锂离子电池凭借其高容量、低污染、高功率等特点在新能源汽车市场具有巨大的应用前景，三元前驱体因其较强的综合性能作为锂离子电池正极时具有很好的发展空间。三元材料是锂电池正极材料的一种，由于具有安全性好、克比容量高、价格低等优势，成为未来锂电池行业发展方向之一，三元材料的应用技术相对成熟，市场前景乐观。

近年来，消费类锂电池的工作电压越来越高，对正极材料的质量能量密度、安全性能等要求也越来越高。目前改善锂离子电池高电压性能技术方法有体相掺杂、核壳结构等；核壳结构的锂电池正极材料是目前研究最为充分、应用最广泛的消费类锂离子电池正极材料。核壳结构被认为是一种非常具有灵活可变性能调整的一种结构，可实现核纯相壳掺杂相，或者核壳不同纯相，此外还可以发展由核心到外壳的浓度梯度的掺杂。

核壳结构一般选用结构更稳定的、高倍率性能的材料结构作为壳，因为在锂离子电池中，与电解液直接接触的就是壳，壳层是受电解液锂离子冲击，锂离子充放电过程中迁入迁出的第一站，且锂离子电池的晶体结构坍塌都是从表面壳层开始的；核壳结构的核心为层状结构的核壳结构正极材料，其核心部分可以保证质量能量密度，其外壳部分具有更好的高温稳定性，可以同时满足高能量密度和高安全性能。

然而，目前的制备方法都有壳层分布不均匀，或者工艺复杂的问题。

发明内容

针对目前共沉淀制备前驱体过程中难以得到层状的核壳结构，本发明提供一种制备多种比例层状前驱体的方法，该方法可依据所需产品要求设计制备得到层状核壳结构的前驱体颗粒，该方法工艺简单，得到的前驱体颗粒的核壳结构元素分布均匀，以较好的提高后续制备的正极材料的安全性能、循环性能及比容量。

为此，本发明所采用的技术方案是：制备多种比例层状前驱体的方法，其采用的装置包括反应釜Ⅰ、反应釜Ⅱ、溢流管、循环泵、出清泵Ⅰ、出清泵Ⅱ，反应釜Ⅰ通过溢流管与反应釜Ⅱ相接，循环泵的进口与反应釜Ⅱ相接，循环泵的出口与反应釜Ⅰ相接，反应釜Ⅰ与反应釜Ⅱ内部均设有滤棒，反应釜Ⅰ内的滤棒通过管线与出清泵Ⅰ相接，反应釜Ⅱ内的滤棒通过管线与出清泵Ⅱ相接；

上述方法的制备步骤如下：

步骤1，按照所需层状前驱体中金属元素的要求，分别配置金属液Ⅰ和金属液Ⅱ；

步骤2，配制质量浓度为3%～32.5%的氢氧化钠溶液；

步骤3，配制质量浓度为3%～22%的氨水作为络合剂；

步骤4，向反应釜Ⅰ中加入纯水至漫过底层搅拌桨，再加入步骤2配制的氢氧化钠溶液和步骤3配制的氨水，形成反应开机的底液；

步骤5，将步骤1配制的金属液Ⅰ、步骤2配制的氢氧化钠溶液和步骤3配制的氨水并流加入反应釜Ⅰ中进行反应，控制反应温度、pH、氨浓度和搅拌转速；

步骤6，按步骤5继续进料，反应釜Ⅰ液位逐步升高，浆料经溢流管溢流至反应釜Ⅱ，当反应釜Ⅱ液位达到槽内总高度1/3液位及以上时，启动出清泵Ⅰ，反应釜Ⅰ中的母液经滤棒、出清泵Ⅰ进入母夜池；