液相掺杂三元前驱体的合成方法技术

本发明专利技术公开了一种液相掺杂三元前驱体的合成方法，包括(1)称取镍、钴、锰硫酸盐和水，得到溶液A；(2)称取氢氧化钠溶液和硫酸铝溶液，按照质量比为2‑4:1‑2的比例混合，得到溶液B；(3)称取氢氧化钠溶液和去离子水，得到溶液C；(4)称取浓氨水和去离子水，得到溶液D；(5)将溶液A、溶液B、溶液C、溶液D按照2‑4:0.1‑2:3‑5:1‑3的比例加入反应釜，反应温度保持在50‑70℃，pH控制在11.0‑12.5，反应时间为30‑60h，反应得到三元前驱体。采用本发明专利技术，方法简单，操作方便，成本低，使掺杂元素与前驱体实现分子水平上的均匀混合。

【技术实现步骤摘要】
液相掺杂三元前驱体的合成方法
本专利技术涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种液相掺杂三元前驱体的合成方法。
技术介绍
镍钴锰三元材料是近年来开发的一种新型锂离子电池材料，具有容量高、工作电压高及成本适中等优点，同时也存在结构稳定性能较差等问题。通过加入掺杂元素可以有效提高结构稳定性、改善电化学性能等问题。现有技术主要采用固相法掺杂，固相混合均匀程度难以保证，影响产品的稳定性和均一性。现有技术也有采用液相掺杂方法来合成三元前驱体，例如公开号为CN103840133B、专利技术名称为《一种稀土掺杂的高压实三元材料的制备方法》，所述制备方法包括以下步骤：(1)将稀土氧化物溶于浓硝酸中，然后加热至氧化物分解，冷却后用酰胺类试剂调节稀土离子的摩尔浓度为0.01-0.04mol/L；(2)在球磨机中先加入碳酸锂粉体，碳酸锂粉体的粒径D50为2-9微米，然后按照R/M(Ni+Co+Mn)摩尔比为0.010±0.010加入步骤(1)所得溶液，接着按照固液质量比1:1加入无水乙醇，开启球磨主电机，运行10分钟后按照Li/M(Ni+Co+Mn)摩尔比为1.05±0.05加入三元前驱体，三元前驱体的粒径D50为9-11微米，球磨90±50min；(3)将球磨后的物料通过隔膜泵打入真空干燥机进行干燥，干燥时间为60±30分钟，真空度≤-0.065Mpa；干燥后的物料在辊道窑中进行烧成，热处理气氛为空气；烧成分为13个温区，主温区为6-10温区，主温区温度850-950℃，主温区反应时间12-20小时，烧成过程中通过鼓风机向各个温区进行通风，风量为120-150m3/h；烧成后的物料通过高速混合机进行分散，分散时间5±2min，分散后的物料通过气流分级机进行分级；分级后的物料按照1:(4±2)的比例在水洗搅拌桶进行水洗，水洗时间为120±30min；水洗后的物料通过隔膜泵打入双锥真空干燥机进行干燥，真空干燥机需带过滤功能，滤布规格≥1500目，压滤压力0.2-0.4MPa,压滤时间30±10min,干燥时间为120±30min，得到液相掺杂的稀土三元材料粉体；(4)将干燥后粉体放入渗透炉中，等渗透炉升温到500-650℃以后开始向炉内通入N2，直到炉内的空气完全排除，接着向炉内滴加步骤(1)所得溶液，在500-650℃扩渗3-6小时，即可得到目标粒子。对比文件1利用液相掺杂合成三元前驱体需要用到稀土化合物，稀土化合物比较匮乏且价格较贵，导致对比文件1的应用范围较窄且成本较高。而且，对比文件1的制备方法工艺复杂，需要球磨、干燥、烧成、分散、水洗、再干燥等多道工序的方可制得，实施不方便，耗时长，生产成本高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种液相掺杂合成三元前驱体的方法，方法简单，操作方便，成本低，使掺杂元素与前驱体实现分子水平上的均匀混合。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种液相掺杂三元前驱体的合成方法，包括：(1)称取镍、钴、锰硫酸盐和水，按照质量比为1:2-6的比例混合，得到浓度为1.0-2.0mol/L的溶液A；(2)分别称取浓度为3-5mol/L的氢氧化钠溶液和浓度为0.5-1.5mol/L的硫酸铝溶液，按照质量比为2-4:1-2的比例混合，得到溶液B；(3)称取浓度为10-35％氢氧化钠溶液和去离子水，按照质量比为1-3:1-3的比例混合，得到浓度为3-5mol/L的溶液C；(4)称取浓度为15-30％的浓氨水和去离子水，按照质量比为1-3:2-4的比例混合，得到浓度为4-6mol/L的溶液D；(5)将溶液A、溶液B、溶液C、溶液D按照2-4:0.1-2:3-5:1-3的比例加入反应釜，反应温度保持在50-70℃，pH控制在11.0-12.5，反应时间为30-60h，反应得到三元前驱体。作为上述方案的改进，所述溶液A、溶液B、溶液C、溶液D是按照2.5-3.5:0.5-1.5:3.5-4.5:1.5-2.5的比例并流加入反应釜，反应时间为40-50h，所述反应釜的搅拌速率控制在300-600rpm/min。作为上述方案的改进，所述溶液A、溶液B、溶液C、溶液D是按照3:1:4:2的比例并流加入反应釜，反应时间为42-48h，所述反应釜的搅拌速率控制在350-550rpm/min。作为上述方案的改进，称取镍、钴、锰硫酸盐和水，按照质量比为1:3-5的比例混合，得到浓度为1.0-1.5mol/L的溶液A。作为上述方案的改进，分别称取浓度为3-5mol/L的氢氧化钠溶液和浓度为0.5-1mol/L的硫酸铝溶液,按照质量比为2-4:1的比例混合，得到溶液B。作为上述方案的改进，所述硫酸铝溶液由下述方法制得：将硫酸铝和去离子水按质量比为1-2:3-4的比例混合，得到浓度为0.5-1mol/L的混合溶液。作为上述方案的改进，称取浓度为20-35％氢氧化钠溶液和去离子水，按照质量比为1:1的比例混合，得到浓度为3-5mol/L的溶液C。作为上述方案的改进，称取浓度为25-30％的浓氨水和去离子水，按照质量比为1:2的比例混合，得到浓度为4-5mol/L的溶液D。作为上述方案的改进，步骤(4)之后，还包括：对浆料进行抽滤、洗涤及烘干。作为上述方案的改进，所述前驱体的粒径D50≤6μm。实施本专利技术，具有如下有益效果：本专利技术提供了一种液相掺杂三元前驱体的合成方法，采用在前驱体共沉淀反应过程中加入铝盐溶液，使掺杂元素与前驱体实现分子水平上的均匀混合。使用本工艺进行生产，具有以下优点：一、本专利技术的制备方法简单可行；二、本专利技术在前驱体中采用液相法加入掺杂元素，实现了分子级混合，解决了物料混合不均匀的问题；三、本专利技术制得的三元前驱体粒径分布均匀、振实密度高、形貌规则；四、采用本专利技术制得的三元前驱体与碳酸锂混合煅烧制得的三元材料，该三元材料在高倍率性能及循环稳定性方面表现优异。附图说明图1是本专利技术三元前驱体的制备方法一实施例的流程图；图2是本专利技术三元前驱体的制备方法另一实施例的流程图；图3是本专利技术与现有技术合成前驱体所得正极材料的倍率性能对比图；图4是本专利技术与现有技术合成前驱体所得正极材料的3C循环稳定性对比图；图5是本专利技术三元前驱体制备设备的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述。如图1所示，本专利技术提供了一种液相掺杂三元前驱体的合成方法，包括：S101、称取镍、钴、锰硫酸盐和水，按照质量比为1:2-6的比例混合，得到浓度为1.0-2.0mol/L的溶液A。优选的，称取镍、钴、锰硫酸盐和水，按照质量比为1:3-5的比例混合，得到浓度为1.0-1.5mol/L的溶液A。更佳的，称取镍、钴、锰硫酸盐和水，按照质量比为1:3-4的比例混合，得到浓度为1.1-1.4mol/L的溶液A。S102、分别称取浓度为3-5mol/L的氢氧化钠溶液和浓度为0.5-1.5mol/L的硫酸铝溶液，按照质量比为2-4:1-2的比例混合，得到溶液B。优选的，分别称取浓度为3-5mol/L的氢氧化钠溶液和浓度为0.5-1mol/L的硫酸铝溶液,按照质量比为2-4:1的比例混合，得到溶液B。更佳的，分别称取浓度为3-5mol/L的氢氧化钠溶液和浓度为0.6-0.9mol/L的硫酸铝溶液,按照质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液相掺杂三元前驱体的合成方法，其特征在于，包括：(1)称取镍、钴、锰硫酸盐和水，按照质量比为1:2‑6的比例混合，得到浓度为1.0‑2.0mol/L的溶液A；(2)分别称取浓度为3‑5mol/L的氢氧化钠溶液和浓度为0.5‑1.5mol/L的硫酸铝溶液，按照质量比为2‑4:1‑2的比例混合，得到溶液B；(3)称取浓度为10‑35％氢氧化钠溶液和去离子水，按照质量比为1‑3:1‑3的比例混合，得到浓度为3‑5mol/L的溶液C；(4)称取浓度为15‑30％的浓氨水和去离子水，按照质量比为1‑3:2‑4的比例混合，得到浓度为4‑6mol/L的溶液D；(5)将溶液A、溶液B、溶液C、溶液D按照2‑4:0.1‑2:3‑5:1‑3的比例加入反应釜，反应温度保持在50‑70℃，pH控制在11.0‑12.5，反应时间为30‑60h，反应得到三元前驱体。

【技术特征摘要】
1.一种液相掺杂三元前驱体的合成方法，其特征在于，包括：(1)称取镍、钴、锰硫酸盐和水，按照质量比为1:2-6的比例混合，得到浓度为1.0-2.0mol/L的溶液A；(2)分别称取浓度为3-5mol/L的氢氧化钠溶液和浓度为0.5-1.5mol/L的硫酸铝溶液，按照质量比为2-4:1-2的比例混合，得到溶液B；(3)称取浓度为10-35％氢氧化钠溶液和去离子水，按照质量比为1-3:1-3的比例混合，得到浓度为3-5mol/L的溶液C；(4)称取浓度为15-30％的浓氨水和去离子水，按照质量比为1-3:2-4的比例混合，得到浓度为4-6mol/L的溶液D；(5)将溶液A、溶液B、溶液C、溶液D按照2-4:0.1-2:3-5:1-3的比例加入反应釜，反应温度保持在50-70℃，pH控制在11.0-12.5，反应时间为30-60h，反应得到三元前驱体。2.如权利要求1所述的液相掺杂三元前驱体的合成方法，其特征在于，所述溶液A、溶液B、溶液C、溶液D是按照2.5-3.5:0.5-1.5:3.5-4.5:1.5-2.5的比例并流加入反应釜，反应时间为40-50h，所述反应釜的搅拌速率控制在300-600rpm/min。3.如权利要求1或2所述的液相掺杂三元前驱体的合成方法，其特征在于，所述溶液A、溶液B、溶液C、溶液D是按照3:1:4:2的比例并流加入反应釜，反应时间为42-...

【专利技术属性】
技术研发人员：李正松，孔令涌，严泽华，李华勇，
申请(专利权)人：佛山市德方纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44