[发明专利]一种镁铝共掺杂钴酸锂前驱体的制备方法

说明书

本发明公开了一种镁铝共掺杂钴酸锂前驱体的制备方法，包括配制溶液、制备启动晶种、调节加料比、晶体生长阶段、分釜、煅烧等步骤。本发明公开的方法在共沉淀阶段对钴酸锂前驱体进行掺杂改性，经过后续高温煅烧，可以提高掺杂的均匀性；本发明同时掺杂铝、镁双金属，并对制备工艺进行了改进，提高了材料结构的稳定性的同时又会提高电子电导率，从而实现倍率性能和循环性能的同步提升；另外，通过加入络合剂解决由于Mg的掺入可能会对Al的分布产生的影响。

技术领域

本发明涉及锂离子电池前驱体领域，具体涉及一种镁铝共掺杂钴酸锂前驱体的制备方法。

背景技术

钴酸锂电池由于其优异的循环性能，广泛应用于各种便携式电子设备。随着科技的发展，对于电池的比容量要求越来越高。对于钴酸锂正极材料，其理论比容量为270mAh/g，但在常规电压窗口下只能脱出约0.5mol的锂离子，实际容量只有理论值的一半左右。目前常见的提高钴酸锂电池正极材料的放电比容量的方法是提高充电的截止电压，从而可以脱出更多的锂离子来提高比容量。工业上常见的是在共沉淀阶段掺入Al来稳定高电压下材料的结构，从而实现容量的提高。

在较高的电压下，钴酸锂正极材料的层状结构很容易坍塌，为了维持在高电压时锂离子脱出后的结构稳定性，目前常见的方法就是在制备前驱体阶段掺杂Al等没有电化学活性的金属来维持结构。但是，掺杂异源离子会带来元素分布不均匀，容易出现偏析的现象。随着充电的截止电压越来越高，所掺杂的铝离子的含量也越来越高，元素分布也会变得难以控制。因此，需要寻找其他掺杂材料，与Al共掺杂钴酸锂，提高材料结构的稳定性的同时又能提高电子电导率，从而实现倍率性能和循环性能的同步提升。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种镁铝共掺杂钴酸锂前驱体的制备方法，具体包括以下内容：

一种镁铝共掺杂钴酸锂前驱体的制备方法，包括以下步骤：

(1)配制溶液：配制金属离子总浓度为90-150g/L的可溶性镁盐、可溶性铝盐和可溶性钴盐的混合盐溶液、浓度为180-260g/L的沉淀剂溶液、以及一定浓度的络合剂溶液和底液；

(2)制备启动晶种：先将步骤(1)所述的底液加入反应釜内，并调节反应釜内溶液的pH为7.4-8.0，温度为38-50℃，搅拌速率为200-300r/min，然后采用同时进料的方式加入步骤(1)中配制的混合盐溶液、络合剂溶液和沉淀剂溶液，反应一定时间制备启动晶种；

(3)调节加料比：步骤(2)结束后，调整沉淀剂溶液与混合盐溶液的加料流量比为(1.5:1)-(2:1)，并调节反应体系的pH为7.3-7.6；

(4)晶体生长阶段：调节混合盐溶液的加料速率以控制晶体的生长速度，同时随着反应体系中固含量的提高逐渐降低反应釜转速至50-300r/min；

(5)分釜：当反应釜中反应体系的固含量达到一定浓度时，转移部分反应液到另一个反应釜中进行反应，剩下的反应液留在原反应釜中继续反应，并按比例调节两个反应釜中各原料的加料速率；

(6)煅烧：完成步骤(5)分釜后，分别对各个反应釜重复步骤(4)和步骤(5)的操作，使得到的反应产物的D50最终达到目标粒径，然后分离出反应产物并进行洗涤和干燥，最后在一定温度下煅烧后得到钴酸锂前驱体——四氧化三钴颗粒。

具体地，所述步骤(1)中的可溶性镁盐为MgSO₄、MgCl₂中的一种或两种混合物，所述可溶性铝盐为Al₂(SO₄)₃、AlCl₃中的一种或两种混合物，所述可溶性钴盐为CoCl₂、CoSO₄一种或两种的混合物。