一种复合多元前驱体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种复合多元前驱体及其制备方法和应用，所述复合多元前驱体包括镍铁锰铝氢氧化物内核、镍钴铝氢氧化物外壳和设置于所述镍铁锰铝氢氧化物内核与镍钴铝氢氧化物外壳之间的铝钛氢氧化物过渡层，本发明专利技术所述复合多元前驱体为类似于蛋黄壳层状结构，即保证了材料的高能量密度，同时提高了材料的安全性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种复合多元前驱体及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，涉及一种复合多元前驱体及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]当前，市场对于锂离子动力电池提出了更高的要求，能量密度高、安全性高、循环寿命长、热稳定性好、成本低等成为评价动力电池的关键性能指标，尤其关注能量密度、安全性和成本问题。
[0003]多元正极材料因综合了多种材料(例如镍酸锂、钴酸锂和锰酸锂)的优异性能，具有高比容量、长循环寿命、环境友好等特点，是目前应用最广泛的锂离子电池材料之一。市场上常见的多元正极材料多以团聚二次球颗粒为主，由于二次球颗粒多元正极材料存在抗压强度低，循环过程中易粉化，不耐受高电压体系。因此，近几年来，具备高安全性、高压实、高循环稳定性的多元正极材料正逐渐成为研究的热点。
[0004]CN114709411A公开了一种多元正极材料的制备方法，包括如下步骤：(1)在氮气氛围的反应釜内，将去离子水作为底液；(2)过渡金属盐混合组成的溶液与氢氧化钠溶液、氨水溶液，流入反应釜；(3)35～75℃、300～1200r/min，调节pH，过渡金属盐混合组成的溶液与氢氧化钠溶液、氨水溶液发生沉淀反应，经静置分离，得到沉淀物，沉淀物经洗涤、烘箱干燥，得到多元前驱体氢氧化物；(4)将多元前驱体氢氧化物与锂源混匀后烧结，得到多元正极材料。
[0005]CN105720241A公开了一种多元复合正极材料，化学通式为xLiNi
0.48
Co
0.24
Mn
0.28
O2：yLiNi
0.01
Co
0.97
Mn
0.02
O2，其中x+y＝1。其所述多元复合正极材料的制备方法包括，采用共沉淀法制备Ni
0.48
Co
0.24
Mn
0.28
(OH)2前驱体和Ni
0.01
Co
0.97
Mn
0.02
(OH)2前驱体，混合后经过烧结制备得到xLiNi
0.48
Co
0.24
Mn
0.28
O2：yLiNi
0.01
Co
0.97
Mn
0.02
O2多元复合正极材料。
[0006]上述方案所述多元正极材料存在有不能兼顾材料能量密度和循环稳定性的问题，限制了其在实际中的应用。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种复合多元前驱体及其制备方法和应用，本专利技术所述复合多元前驱体为一种类似于蛋黄壳层状结构，即保证了材料的高能量密度，同时提高了材料的安全性能。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种复合多元前驱体，所述复合多元前驱体包括镍铁锰铝氢氧化物内核、镍钴铝氢氧化物外壳和设置于所述镍铁锰铝氢氧化物内核与镍钴铝氢氧化物外壳之间的铝钛氢氧化物过渡层。
[0010]本专利技术所述复合多元前驱体同时具有较高的能量密度、高温安全稳定性以及兼具快充性能。
[0011]优选地，所述镍铁锰铝氢氧化物的化学式为Ni
x1
Fe
y1
Mn
z1
Al
h1
(OH)2，0.1≤x1≤0.9，0.05≤y1≤0.3，0.05≤z1≤0.3，0.05≤h1≤0.3，x1+y1+z1+h1＝1。
[0012]优选地，所述铝钛氢氧化物的化学式为Al
x2
Ti
y2
(OH)2，0.1≤x2≤0.8，0.1≤y2≤0.8，x2+y2＝1。
[0013]优选地，所述镍钴铝氢氧化物的化学式为Ni
x3
Co
y3
Al
z3
(OH)2，0.1≤x3≤0.8，0.1≤y3≤0.8，0.1≤z3≤0.8，x3+y3+z3＝1。
[0014]优选地，所述镍铁锰铝氢氧化物内核、铝钛氢氧化物过渡层和镍钴铝氢氧化物外壳中均掺杂氟元素和氮元素。
[0015]优选地，所述镍铁锰铝氢氧化物内核的中值粒径D50为3～6μm，例如：3μm、3.5μm、4μm、5μm或6μm等。
[0016]优选地，所述铝钛氢氧化物过渡层的厚度为2～4μm，例如：2μm、2.5μm、3μm、3.5μm或4μm等。
[0017]优选地，所述镍钴铝氢氧化物外壳的厚度为5～8μm，例如：5μm、5.5μm、6μm、7μm或8μm等。
[0018]第二方面，本专利技术提供了一种如第一方面所述复合多元前驱体的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0019](1)将镍、铁、锰、铝的四元混合盐溶液、碱液和络合剂通入反应釜中进行共沉淀成核反应，得到粒径D50为3～6μm的反应核后停止反应；
[0020](2)在上述(1)反应釜中通入碱液、络合剂和铝、钛的二元混合盐溶液继续进行共沉淀反应，待粒度D50达到5～8μm停止反应；
[0021](3)继续通入碱液、络合剂和镍、钴、铝的三元混合盐溶液进行共沉淀反应，待粒度D50达到10～15μm，停止反应，固液分离得到所述复合多元前驱体。
[0022]本专利技术采用共沉淀络合反应并掺杂氟和氮离子进行改性，和氢氧化锂混合制备正极材料进行阳离子掺杂，并进行梯度包覆使得多层结构材料具有高能量密度、安全性、良好的倍率和循环性能。
[0023]优选地，步骤(1)所述四元混合盐溶液的金属离子摩尔浓度为0.5～3mol/L，例如：0.5mol/L、1mol/L、2mol/L或3mol/L等。
[0024]优选地，所述四元混合盐溶液的流量为60～300L/h，例如：60L/h、80L/h、100L/h、200L/h或300L/h等。
[0025]优选地，步骤(2)所述二元混合盐溶液的金属离子摩尔浓度为0.6～3.5mol/L，例如：0.6mol/L、0.8mol/L、1mol/L、2mol/L、3mol/L或3.5mol/L等。
[0026]优选地，所述二元混合盐溶液的流量为30～100L/h，例如：30L/h、40L/h、50L/h、80L/h或100L/h等。
[0027]优选地，步骤(3)所述三元混合盐溶液的金属离子摩尔浓度为0.7～4mol/L，例如：0.7mol/L、1mol/L、2mol/L、3mol/L或4mol/L等。
[0028]优选地，所述三元混合盐溶液的流量为200～600L/h，例如：200L/h、300L/h、400L/h、500L/h或600L/h等。
[0029]优选地，所述三元混合盐溶液流量＞四元混合盐溶液流量＞二元混合盐溶液流量。
[0030]优选地，所述四元混合盐溶液和二元混合盐溶液的流量差值为30～200L/h，例如：30L/h、40L/h、50L/h、100L本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合多元前驱体，其特征在于，所述复合多元前驱体包括镍铁锰铝氢氧化物内核、镍钴铝氢氧化物外壳和设置于所述镍铁锰铝氢氧化物内核与镍钴铝氢氧化物外壳之间的铝钛氢氧化物过渡层。2.如权利要求1所述的复合多元前驱体，其特征在于，所述镍铁锰铝氢氧化物的化学式为Ni
x1
Fe
y1
Mn
z1
Al
h1
(OH)2，0.1≤x1≤0.9，0.05≤y1≤0.3，0.05≤z1≤0.3，0.05≤h1≤0.3，x1+y1+z1+h1＝1；优选地，所述铝钛氢氧化物的化学式为Al
x2
Ti
y2
(OH)2，0.1≤x2≤0.8，0.1≤y2≤0.8，x2+y2＝1；优选地，所述镍钴铝氢氧化物的化学式为Ni
x3
Co
y3
Al
z3
(OH)2，0.1≤x3≤0.8，0.1≤y3≤0.8，0.1≤z3≤0.8，x3+y3+z3＝1。3.如权利要求1或2所述的复合多元前驱体，其特征在于，所述镍铁锰铝氢氧化物内核、铝钛氢氧化物过渡层和镍钴铝氢氧化物外壳中均掺杂氟元素和氮元素；优选地，所述镍铁锰铝氢氧化物内核的中值粒径D50为3～6μm；优选地，所述铝钛氢氧化物过渡层的厚度为2～4μm；优选地，所述镍钴铝氢氧化物外壳的厚度为5～8μm。4.一种如权利要求1
‑
3任一项所述复合多元前驱体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将镍、铁、锰、铝的四元混合盐溶液、碱液和络合剂通入反应釜中进行共沉淀成核反应，得到粒径D50为3～6μm的反应核后停止反应；(2)在上述(1)反应釜中通入碱液、络合剂和铝、钛的二元混合盐溶液继续进行共沉淀反应，待粒度D50达到5～8μm停止反应；(3)继续通入碱液、络合剂和镍、钴、铝的三元混合盐溶液进行共沉淀反应，待粒度D50达到10～15μm，停止反应，固液分离得到所述复合多元前驱体。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述四元混合盐溶液的金属离子摩尔浓度为0.5～3mol/L；优选地，所述四元混合盐溶液的流量为60～300L/h；优选地，步骤(2)所述二元混合盐溶液的金属离子摩尔浓度为0.6～3.5mol/L；优选地，所述二元混合盐溶液的流量为30～100L/h；优选地，步骤(3)所述三元混合盐溶液的金属离子摩尔浓度为0.7～4mol/...

【专利技术属性】
技术研发人员：王星宁，请求不公布姓名，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：