[发明专利]液相掺杂三元前驱体的合成方法

说明书

本发明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，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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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CN 103840133B、发明名称为《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。

发明内容

本发明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，本发明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；