[发明专利]一种掺杂金属元素的三元前驱体及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，具体而言，涉及一种掺杂金属元素的三元前驱体及其制备方法和应用。本发明掺杂金属元素的三元前驱体的制备方法，包括以下步骤：向反应底液中加入镍钴锰混合盐溶液、络合剂溶液、沉淀剂溶液和掺杂金属盐溶液进行共沉淀反应；调整沉淀剂溶液的进料位点、镍钴锰混合盐溶液的进料位点和金属盐溶液的进料位点的位置关系；所述镍钴锰混合盐溶液中，镍离子、钴离子和锰离子的浓度之和为0.5～2.5mol/L；所述金属盐溶液中的金属盐质量浓度为0.1～5.0g/L；所述镍钴锰混合盐溶液的流量和所述金属盐溶液的流量之比为(0.5～4)：1。该方法简单易行，得到的三元前驱体具有优异的稳定性和均一性。

技术领域

本发明涉及锂电池电极材料技术领域，具体而言，涉及一种掺杂金属元素的三元前驱体及其制备方法和应用。

背景技术

三元正极材料综合了Ni、Co、Mn元素多元协同的优势，具有能量密度高、振实密度大等优点，其制备的锂离子电池具有重量轻、体积小、容量大、循环寿命长、无记忆效应等优点，从而被广泛应用到手机、笔记本电脑等移动电子设备，电动汽车等领域。但大量的研究发现，材料在高电压下存在较大的不可逆相变，容量衰减严重，电子电导率低，倍率性能较差，高温条件下层状结构坍塌，热稳定性变差，这些缺点严重制约着NCM三元正极材料的应用与发展。

掺杂一般是掺入与材料中例子半径比较接近的离子，目的是使掺杂离子进入晶格，取代原材料中的部分离子，稳定材料的晶体结构，从而改善材料的循环性能和热稳定性能。适当掺杂也可对材料的电导率和锂离子迁移速率产生有利影响。掺杂改性作为一种简单有效地提升材料电化学性能的手段，在三元正极材料行业得到广泛应用。

传统的掺杂方式为固相法合成，即在烧结段将三元正极材料与含掺杂金属化合物按一定比例混合后进行烧结，掺杂的金属离子进入到三元正极材料的晶体结构中实现掺杂。固相法掺杂具有以下缺点：晶体表面层的元素掺杂多、内部少，掺杂的均匀程度难以保证；掺杂量难以控制，影响产品的稳定性和均一性。这是由于掺杂方法本身缺陷导致，在高温烧结过程中，掺杂金属阳离子通过扩散进入到正极材料晶体表面，这种扩散必然导致掺杂金属离子在正极材料晶体局部富集，即表面多，且这种扩散的数量无法控制。现有的液相沉淀掺杂也不能很好的实现产品兼具优异的稳定性和均一性。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种掺杂金属元素的三元前驱体的制备方法，可实现在共沉淀反应过程中定量均匀的掺杂金属元素，使得到的三元前驱体具有优异的稳定性和均一性。

本发明的另一个目的在于提供一种所述的掺杂金属元素的三元前驱体的制备方法得到的前驱体。其兼具优异的稳定性和均一性。

本发明的另一个目的在于提供一种锂离子电池电极材料，以改善锂电池的电化学性能。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种掺杂金属元素的三元前驱体的制备方法，包括以下步骤：

向反应底液中加入镍钴锰混合盐溶液、络合剂溶液、沉淀剂溶液和掺杂金属盐溶液进行共沉淀反应；

所述镍钴锰混合盐溶液的进料位点、所述络合剂溶液的进料位点和所述沉淀剂溶液的进料位点位于同一水平面A；所述掺杂金属盐溶液的进料位点位于所述水平面A的上方；且所述沉淀剂溶液的进料位点和所述掺杂金属盐溶液的进料位点之间的距离大于所述沉淀剂溶液的进料位点和所述镍钴锰混合盐溶液的进料位点之间的距离；

所述镍钴锰混合盐溶液中，镍离子、钴离子和锰离子的浓度之和为0.5～2.5mol/L；所述金属盐溶液中，金属盐的浓度为0.1～5.0g/L；所述镍钴锰混合盐溶液的流量和所述金属盐溶液的流量之比为(0.5～4)：1。

优选地，所述镍钴锰混合盐溶液的流量为0.1～500L/h；