[发明专利]多元素原位共掺杂三元材料前驱体及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种多元素原位共掺杂三元材料前驱体，其化学式为：(Ni_xCo_yMn_z)_1-a-cM_aN_c(OH)_2+k，其中0.65x≤0.9，0y≤1/3，0z≤1/3，x+y+z＝1，0.0001≤a≤0.01，0.0001≤c≤0.01；化学式中掺杂金属离子M选自Y³⁺、Ce⁴⁺、Gd³⁺一种或多种；掺杂金属离子N的半径与三元材料中的过渡金属离子Mn⁴⁺、Co³⁺的半径接近，选自Ti⁴⁺、W⁶⁺一种或多种，k的值由金属离子M和N化合价态和掺杂量决定。

2.根据权利要求1所述一种多元素原位共掺杂三元材料前驱体的制备方法，包括如下歩骤：

(1)金属盐溶液配制：将可溶性镍盐、锰盐、钴盐、掺杂元素M所对应的M盐、掺杂元素N所对应的N盐，按照摩尔比Ni：Co：Mn：M：N＝x：y：z：a：c配成水溶液，最终所有金属离子的浓度总和为0.1-3mol/L的金属盐溶液A；

(2)沉淀剂配制：采用可溶性碱作为沉淀剂，取适量的可溶性碱，溶于纯水中，配置成浓度1-8mol/L的碱溶液B；

(3)络合剂配制：利用氨水作为络合剂，取适量的浓氨水，加入适量的纯水，配置成2-12mol/L的氨水溶液C；

(4)化学共沉淀法制备三元前驱体(Ni_xCo_yMn_z)_1-a-cM_aN_c(OH)_2+k：把步骤(1)配制的金属盐溶液A、步骤(2)配制的碱溶液B以及步骤(3)配制的氨水溶液C同时泵入搅拌反应釜中，在惰性气体保护下，进行化学沉淀反应；反应结束后，经过陈化、离心、洗涤、干燥，得到微米球状的多元素共掺杂改性三元前驱体(Ni_xCo_yMn_z)_1-a-cM_aN_c(OH)_2+k。

3.根据权利要求2所述的一种多元素原位共掺杂三元材料前驱体的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述镍盐、锰盐、钴盐分别为各金属离子所对应的硫酸盐、氯盐、硝酸盐中的一种或多种；步骤(1)中所述掺杂元素M为金属离子Y³⁺、Ce⁴⁺、Gd³⁺中的一种或多种；所述可溶性M盐为金属离子Y³⁺、Ce⁴⁺、Gd³⁺所分别对应的可溶性硫酸盐、氯盐、硝酸盐、草酸盐或其它相应的可溶性盐中的一种或多种；步骤(1)中所述掺杂元素N为金属离子Ti⁴⁺、W⁴⁺中的一种或多种；所述N盐为金属离子Ti⁴⁺、W⁶⁺所分别对应的硫酸盐、氯盐、硝酸盐或其它相应的可溶性盐中的一种或多种。

4.根据权利要求2或3所述的一种多元素原位共掺杂三元材料前驱体的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述金属盐溶液A中的金属离子浓度总和为0.1-3mol/L。

5.根据权利要求2所述的一种多元素原位共掺杂三元材料前驱体的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述金属盐溶液A中的金属离子浓度总和为1-2mol/L。

6.根据权利要求2所述的一种多元素原位共掺杂三元材料前驱体的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述沉淀剂为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锂中的一种或多种，所述沉淀剂溶液的浓度为1～8mol/L；步骤(3)中所述络合剂为氨水，其浓度为2-12mol/L。