[发明专利]一种Mg-Ti共掺杂的高镍无钴前驱体及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池材料技术领域，公开了一种Mg‑Ti共掺杂的高镍无钴前驱体及其制备方法。将Ni、Mg混合盐溶液、Ti盐溶液、络合剂溶液与碱溶液分四组进料管同时加入装有底液的反应釜中，进行连续共沉淀反应，得到共沉淀产物；反应过程中无保护性气体通入。根据制备方法制备得到的前驱体，Mg、Ti的掺杂量较高，且二次颗粒不破裂。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种Mg-Ti共掺杂的高镍无钴前驱体及其制备方法。

背景技术

随着化石燃料的逐渐匮乏，人类对能源的需求更趋向于清洁、可再生。由于锂离子二次电池无污染，储能大，广泛应用于3C设备、电动汽车以及航天航空设备。日渐兴起的纯电动汽车为人们的出行提供动力。

镍钴锰酸锂三元正极材料具有良好的电学性能，然而近来受到钴资源稀缺导致的原料成本剧增以及钴对环境污染较大的影响，无钴正极材料在新市场有着巨大优势。但是无钴二元正极材料通常循环稳定性欠佳，且循环过程中有产气风险。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的主要目的是提供一种Mg-Ti共掺杂的高镍无钴前驱体及其制备方法。

为实现上述目的，本发明首先提供一种Mg-Ti共掺杂的高镍无钴前驱体。

研究发现，少量的Mg取代正极材料LNO中的Ni，材料结构在循环稳定性、热稳定性和能量密度上都有较优表现。掺杂Mg是无钴高镍正极材料研究的重点方向。一般来说，正极材料随着Ni含量的增加，其容量会提升，但是过多的镍含量会加剧晶体结构中的 Li⁺/Ni²⁺混排，导致材料循环性能及安全性能的恶化。通过掺杂Ti元素来提升富镍材料的表面稳定性或层状结构稳定性，可以实现正极材料循环稳定性及热稳定性的提升。

本发明提供的Mg-Ti共掺杂的高镍无钴前驱体呈球形，一次颗粒呈薄片状；化学分子式为Ni_xMg_y(TiO)_z(OH)_2+a，其中，x+y+z＝1，0.9x1.0，0y≤0.1，0z≤0.1，0≤a≤0.5；所述前驱体的中位粒度为9.0~11.0μm，振实密度为1.8~2.2g/cm³，比表面积为10~25m²/g。

此外，本发明提供上述Mg-Ti共掺杂的高镍无钴前驱体的制备方法。

经过潜心研究后发现，25℃时，Ni(OH)₂的溶度积Ksp=4.8×10^-16，Mg(OH)₂的溶度积Ksp=5×10^-12，TiO(OH)₂的溶度积Ksp=1×10^-29，由于Ti与Ni、Mg的溶度积相差大，共沉淀实现困难，且实验研究过程中发现Ti的质量分数超过0.53%（即分子式中z≥0.01），前驱体二次颗粒极易开裂。为了保证高掺杂量且前驱体具有稳定的二次颗粒形貌和均一的一次颗粒形貌，本发明提供以下制备方法。

本发明提供的Mg-Ti共掺杂的高镍无钴前驱体的制备方法包括以下步骤：

（1）按分子式Ni_xMg_y(TiO)_z(OH)_2+a中Ni、Mg的摩尔比配制Ni、Mg混合盐溶液；配制Ti盐溶液、碱溶液和络合剂溶液；

（2）将步骤（1）中所述的Ni、Mg混合盐溶液、Ti盐溶液、络合剂溶液与碱溶液分四组进料管同时加入装有底液的反应釜中，进行连续共沉淀反应，得到共沉淀产物；反应过程中无保护性气体通入；

（3）将步骤（2）中的共沉淀产物进行静置分层，然后固液分离，收集固相进行陈化、洗涤、脱水、干燥、筛分处理，得到前驱体。