一种锶掺杂氢氧化物前驱体材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及新能源电池材料技术领域，具体而言，涉及一种锶掺杂氢氧化物前驱体材料及其制备方法和应用。锶掺杂氢氧化物前驱体材料包括由内至外呈周期性交替设置的锶掺杂氢氧化物材料层和非掺杂氢氧化物材料层；氢氧化物材料的化学式为Ni

【技术实现步骤摘要】
一种锶掺杂氢氧化物前驱体材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及新能源电池材料
，具体而言，涉及一种锶掺杂氢氧化物前驱体材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]层状正极材料因具有较高的能量密度、使用寿命、无记忆效应等诸多优势逐渐在锂离子电池和钠离子电池中大量使用。当前层状正极材料的工业化生产常常需要使用氢氧化物前驱体、掺杂剂和锂盐/钠盐一起混合，再经过高温煅烧才能得到相应的正极材料。然而，掺杂元素并不能均匀地进入到前驱体体相之内，特别是当前驱体颗粒粒径大于5μm时，掺杂元素更是难以通过高温扩散的方法运动到颗粒的内核部分，常常聚集于颗粒的表层部分，导致该类掺杂的正极材料难以发挥出更好的电池性能。因此，为发展出电池性能优异、晶体结构强度高的层状正极材料，越来越多的研究者提出在前驱体合成的过程中就将正极材料中所需要掺杂的离子通过共沉淀的方法使其较均匀的沉淀在前驱体颗粒的内部，从而有效促进后续煅烧过程中掺杂离子的均匀分布及正极材料性能的发挥。
[0003]然而，现有技术在共沉淀反应制备前驱体的过程中，由于掺杂元素形成沉淀的速度不一样，常独立成核生长，不进入到前驱体的颗粒中，也有的掺杂元素形成的沉淀在前驱体颗粒表面出现偏析生长，对前驱体颗粒的形貌产生了严重破坏。并且，很多掺杂元素形成的氢氧化物沉淀溶解度很高，导致能掺杂进入颗粒中的元素含量严重偏少。上述问题阻碍了在前驱体中进行元素掺杂的工业化发展。
[0004]因此，针对性的开发一种简便可行、适合大规模使用的离子掺杂技术用于前驱体制备高性能正极材料，对于锂离子电池和钠离子电池的进快速发展具有重要的促进意义。
[0005]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的第一目的在于提供一种锶掺杂氢氧化物前驱体材料，通过使锶掺杂氢氧化物材料层和非掺杂氢氧化物材料层交替生长，利用非掺杂氢氧化物材料对锶掺杂氢氧化物材料的包覆，有效隐藏了硫酸锶在前驱体颗粒表面偏析所形成的生长位点，避免了当前锶离子掺杂在前驱体颗粒表面硫酸锶的偏析生长及刺状突出物的形成，从而得到锶离子掺杂偏析度低、颗粒表面形貌均匀的锶掺杂氢氧化物前驱体材料。解决了现有技术中锶掺杂氢氧化物前驱体生产过程中的锶离子偏析严重及形貌被破坏的难题。
[0007]本专利技术的第二目的在于提供一种锶掺杂氢氧化物前驱体材料的制备方法，该制备方法具有简单易行、可批量化生产以及维持了锶掺杂氢氧化物前驱体材料颗粒完好的形貌等优点。
[0008]本专利技术的第三目的在于提供一种正极材料。
[0009]本专利技术的第四目的在于提供一种电池。
[0010]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0011]第一方面，本专利技术提供了一种锶掺杂氢氧化物前驱体材料，其包括由内至外呈周期性交替设置(生长)的锶掺杂氢氧化物材料层和非掺杂氢氧化物材料层。即，所述锶掺杂氢氧化物前驱体材料由内至外依次包括锶掺杂氢氧化物材料层、非掺杂氢氧化物材料层、锶掺杂氢氧化物材料层、非掺杂氢氧化物材料层，以此类推。其中，非掺杂氢氧化物材料层与锶掺杂氢氧化物材料层是层层包覆的结构。
[0012]其中，最内层可以是锶掺杂氢氧化物材料层，也可以是非掺杂氢氧化物材料层；最外层可以是锶掺杂氢氧化物材料层，也可以是非掺杂氢氧化物材料层。
[0013]在本专利技术一些具体的实施方式中，所述锶掺杂氢氧化物前驱体材料的颗粒形状为球形。并且，所述锶掺杂氢氧化物前驱体材料的颗粒表面无刺状物。
[0014]其中，所述交替设置的周期为至少2个周期，包括但不限于3个周期、4个周期、5个周期、6个周期、7个周期、8个周期、9个周期、10个周期、11个周期、12个周期、13个周期、15个周期、18个周期、20个周期、22个周期、24个周期、25个周期、26个周期、28个周期、30个周期中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
[0015]其中，所述锶掺杂氢氧化物材料层中的氢氧化物材料和所述非掺杂氢氧化物材料层中的氢氧化物材料的化学式为Ni
a
Co
b
Mn
c
Fe
d
Cu
e
M
f
(OH)2；
[0016]即，所述非掺杂氢氧化物材料层的主要成分为氢氧化物材料(Ni
a
Co
b
Mn
c
Fe
d
Cu
e
M
f
(OH)2)，其中不掺杂(不含有)硫酸锶。
[0017]而所述锶掺杂氢氧化物材料层的主要成分为锶掺杂的氢氧化物材料，即主要由氢氧化物材料(Ni
a
Co
b
Mn
c
Fe
d
Cu
e
M
f
(OH)2)和少量硫酸锶组成。
[0018]其中，0≤a＜1，0≤b＜1，0≤c＜1，0≤d＜1，0≤e＜1，0≤f＜1，且a+b+c+d+e+f＝1；M包括Al元素、Ti元素、Ta元素、Mg元素、W元素、Ca元素、Nb元素、Cr元素和Zr元素中的至少一种。
[0019]本专利技术将锶掺杂区域与不掺杂区域进行交替生长、层层包覆，利用不掺杂区域对锶掺杂区域的包覆，有效隐藏了硫酸锶在前驱体颗粒表面偏析所形成的生长位点，避免了当前锶离子掺杂在前驱体颗粒表面硫酸锶的偏析生长及刺状突出物的形成，从而得到锶离子掺杂偏析度低、颗粒表面形貌均匀的氢氧化物前驱体。
[0020]本专利技术提供的锶掺杂氢氧化物前驱体材料具有完好的颗粒形貌，无刺状物，解决了现有技术中锶掺杂氢氧化物前驱体生产过程中的锶离子偏析严重及形貌被破坏的问题。
[0021]优选地，每层所述锶掺杂氢氧化物材料层的厚度(单层厚度)为0.1～5μm，包括但不限于0.2μm、0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。更优选为0.2～4.5μm。
[0022]优选地，每层所述非掺杂氢氧化物材料层的厚度(单层厚度)为0.1～0.5μm，包括但不限于0.15μm、0.2μm、0.25μm、0.3μm、0.35μm、0.4μm、0.45μm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。更优选为0.1～0.3μm。
[0023]优选地，所述锶掺杂氢氧化物前驱体材料的D50粒径为3～15μm，包括但不限于4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
[0024]第二方面，本专利技术提供了如上所述的锶掺杂氢氧化物前驱体材料的制备方法，包括如下步骤：
[0025]将金属混合盐溶液、沉淀剂溶液和络合剂溶液混合，并间歇性地向其中加入锶源溶液，进行共沉淀反应，形成呈周期性交替生长的锶掺杂氢氧化物材料层和非掺杂氢氧化物材料层，待所述共沉淀反应完成后固液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锶掺杂氢氧化物前驱体材料，其特征在于，包括由内至外呈周期性交替设置的锶掺杂氢氧化物材料层和非掺杂氢氧化物材料层；其中，所述锶掺杂氢氧化物材料层中的氢氧化物材料和所述非掺杂氢氧化物材料层中的氢氧化物材料的化学式为Ni
a
Co
b
Mn
c
Fe
d
Cu
e
M
f
(OH)2；其中，0≤a＜1，0≤b＜1，0≤c＜1，0≤d＜1，0≤e＜1，0≤f＜1，且a+b+c+d+e+f＝1；M包括Al、Ti、Ta、Mg、W、Ca、Nb、Cr和Zr元素中的至少一种。2.根据权利要求1所述的锶掺杂氢氧化物前驱体材料，其特征在于，每层所述锶掺杂氢氧化物材料层的厚度为0.1～5μm，优选为0.2～4.5μm；优选地，每层所述非掺杂氢氧化物材料层的厚度为0.1～0.5μm，更优选为0.1～0.3μm。3.根据权利要求1所述的锶掺杂氢氧化物前驱体材料，其特征在于，所述锶掺杂氢氧化物前驱体材料的D50粒径为3～15μm。4.如权利要求1～3任一项所述的锶掺杂氢氧化物前驱体材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将金属混合盐溶液、沉淀剂溶液和络合剂溶液混合，并间歇性地向其中加入锶源溶液，进行共沉淀反应，形成呈周期性交替生长的锶掺杂氢氧化物材料层和非掺杂氢氧化物材料层，待所述共沉淀反应完成后固液分离，得到所述锶掺杂氢氧化物前驱体材料。5.根据权利要求4所述的锶掺杂氢氧化物前驱体材料的制备方法，其特征在于，所述间歇性地向其中加入锶源溶液具体包括：(a)、持续加入所述锶源溶液反应3～15h，然后停止加入所述锶源溶液并反应1～5h...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄城，黄仁忠，刘晓玲，郑江峰，
申请(专利权)人：江西佳纳能源科技有限公司清远佳致新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：