[发明专利]铌包覆镍钴锰三元前驱体及制备方法及应用

说明书

本发明属于锂离子电池领域，提供了一种铌包覆镍钴锰三元前驱体及制备方法及应用。制备方法为：将过渡金属离子溶液、氢氧化钠溶液和氨水溶液注入共沉淀法反应釜内，通入氮气保护，调控反应条件，合成镍钴锰氢氧化物前驱体。过渡金属离子溶液进料结束后，向反应釜内注入铌源溶液。随后将溶液从反应釜内接出，洗涤过滤烘干后得到铌包覆镍钴锰三元前驱体，将干燥后的前驱体与锂盐混合煅烧，得到铌改性的镍钴锰三元正极材料。本发明将前驱体合成步骤与包覆步骤合并，在反应釜内实现了包覆，所制备的铌包覆镍钴锰三元前驱体粒径均匀、一致性好，锂化煅烧后的正极材料界面稳定性高，残碱量较少，常温及高温下的循环稳定性得到提升。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种铌包覆镍钴锰三元前驱体及制备方法及应用。

背景技术

当前，电动汽车产业的迅速发展推动了动力电池的开发与应用，锂离子电池作为目前综合性能最优的二次电池成为动力电池的首选。为满足市场对于电动汽车长续航里程的要求，采用比容量高的镍钴锰三元材料作为正极是提高动力电池能量密度的重要途径。然而，由于镍元素活性高，在充电态下具有较强的氧化性，因此镍钴锰三元正极材料表面易与电解液发生氧化还原副反应，导致不可逆的相变与循环性能下降。此外，镍钴锰三元正极材料在充放电过程中，晶体存在显著的体积变化，颗粒表面易产生裂缝，导致电解液的入侵与颗粒完整性被破坏。减少镍钴锰三元正极材料高反应活性表面的暴露，增强界面稳定性，是改善镍钴锰三元正极材料性能表现的重要着手点。

目前对镍钴锰三元正极材料表界面进行改性的手段主要是包覆，通过在前驱体颗粒或正极颗粒表面包覆稳定性较高的氧化物、磷酸盐或离子导体等物质，减少电解液与高活性正极颗粒表面的直接接触，提高循环稳定性。如中国专利(CN113871583A)公开了一种包覆型三元前驱体的制备方法，将三元前驱体在增溶剂的存在下溶于水中，得到前驱体溶液，将含金属盐的醇类包覆液与前驱体溶液混合，得到的混合物进行固液分离，水洗，真空干燥，得到包覆型三元前驱体；中国专利(CN114057235A)公开了一种镍钴锰三元前驱体包覆LATP的方法，在反应釜中加入pH为4～5的锂和铝的混合溶液，加入NCM前驱体粉末、碳酸氢铵溶液、磷酸二氢氨溶液及钛盐溶液，反应后将浆料离心、洗涤、烘干得到LATP包覆的NCM三元前驱体材料；中国专利(CN114005984A)公开了一种铌酸锂包覆与铌掺杂耦合改性的高镍三元正极材料及其制备方法与应用，将高镍三元材料加入含铌和锂的乙醇溶液中，加热蒸干实现包覆。

然而，现有技术方法制备的镍钴锰三元正极材料的界面稳定性差，电池循环性能有待提高。现有的包覆过程独立于常规前驱体及正极材料合成流程之外，需要额外使用包覆设备以及辅料，增加了生产成本。此外，增加的包覆工序延长了产品的生产时间，包覆条件的改变提高了生产的操作复杂性，对于镍钴锰三元正极材料包覆工艺的推广应用是不利的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种铌包覆镍钴锰三元前驱体的制备方法，将包覆过程整合进现有镍钴锰三元正极材料合成流程，改善了镍钴锰三元正极材料的界面稳定性，提高了电化学性能，缩短了产品生产时间，简化了工艺流程。

本发明的第一方面是提供了一种铌包覆镍钴锰三元前驱体的制备方法，包括以下合成步骤：

S1、将过渡金属离子溶液、氢氧化钠溶液、氨水溶液注入容器中，在氮气氛围下控制反应条件，沉淀反应得到镍钴锰三元前驱体；

S2、在过渡金属离子溶液、氢氧化钠溶液及氨水溶液进料完毕之后，铌源溶液开始向所述容器中进料，对前驱体进行包覆，铌源溶液进料结束后洗涤过滤，得到铌包覆的镍钴锰三元前驱体；

本发明将前驱体合成步骤与包覆步骤合并，在一容器(合成反应釜)内实现了包覆，省略了常规包覆工艺中对前驱体或正极材料颗粒二次处理的设备，无需将前驱体从共沉淀反应釜内取出转移至其它装置进行包覆操作，简化了包覆工艺。所制备的铌包覆镍钴锰三元前驱体粒径均匀、一致性好，锂化煅烧后得到的正极材料界面稳定性高，残碱量较少，常温及高温下的循环稳定性得到提升，表现出良好的包覆效果。