[发明专利]一种镍锰双金属掺杂的大颗粒碳酸钴及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种镍锰双金属掺杂的大颗粒碳酸钴及其制备方法和用途。所述双金属掺杂的大颗粒碳酸钴中的双金属元素为镍和锰。所述制备方法包括以下步骤：将钴盐溶液、镍盐溶液、锰盐溶液和沉淀剂溶液以同时进料的方式加入装有底液的反应釜中进行共沉淀反应，得到双金属掺杂的大颗粒碳酸钴。本发明通过掺杂锰完成对铝的替换，避免了高铝掺杂导致的分布不均匀的问题，进一步掺杂镍，还可提高正极材料的体积能量密度；且镍锰双金属对碳酸钴的掺杂能同时提高正极材料结构的稳定性和循环性能，获得综合性能优良的锂离子电池正极材料，且制备过程简单，方便连续生产，能够有效提高工作效率。

技术领域

本发明属于钴酸锂前驱体材料技术领域，涉及一种镍锰双金属掺杂的大颗粒碳酸钴及其制备方法和用途。

背景技术

钴酸锂具有电化学性能优越，加工性能优异，振实密度大，产品性能稳定，一致性好的特点现成为世界各国新能源材料研究开发的重点。锂离子电池已广泛应用于移动电话、便携式计算机、电动汽车等多个领域，但大部分锂离子电池正极材料能量密度方面亟需提高。正极材料作为决定锂离子电池的重要因素之一，特别是球形碳酸作为锂离子电池钴酸锂正极材料中应用最为普遍的一种前驱体材料，对其进行掺杂改性，对改善钴酸锂性能具有重要意义。

传统工艺通过在制备前驱体的过程中掺杂铝以提高钴酸锂的循环性能，提高截止电压，截止电压越高，所需要掺杂的铝含量也会越高，高铝掺杂还会出现分布不均匀的问题，此时改善效果并不明显。

CN109133198A公开了一种掺杂铝的碳酸钴的制备方法，该方法通过如下步骤实现：1)配制氯化钴溶液和碳酸氢铵溶液；2)向所述氯化钴溶液中加入六水合氯化铝，搅拌均匀，得到掺杂氯化钴溶液；3)对碳酸氢铵溶液和掺杂氯化钴溶液分别进行除油；4)将除油后的掺杂氯化钴溶液和除油后的碳酸氢铵溶液进行反应生成掺杂碳酸钴；5)将所述掺杂碳酸钴进行过滤，并洗涤三次；6)在负压对水洗后的掺杂碳酸钴进行干燥、破碎，得掺杂铝的碳酸钴粉末。

CN108649219公开了一种大粒径掺铝四氧化三钴的制备方法，一种大粒径掺铝四氧化三钴的制备方法，采用连续生产的方法，在进行中和沉淀反应的同时，边反应边分离出不含物料的上清液，得到含有铝的粒径D50为10～14.5μm的碳酸钴晶种，再继续向所述晶种中添加铝钴溶液及碳酸氢铵溶液进行中和沉淀反应，直到得到粒径D50为18～21μm的大粒径掺铝碳酸钴，对所得掺铝碳酸钴进行除铁、脱水、洗涤、干燥，进行分段式热分解，得到粒度D50为17.5～19μm的黑色粉末状掺铝氧化钴产品。采用的是半连续工艺，工作效率高，但是掺铝量相对较低，无法满足高电压的需求，对高铝掺杂没有提出好的解决办法。

上述文献中，均是通过了掺铝的方法进行了钴酸锂正极材料性能的提升，而掺铝，尤其是高掺铝不可避免的会出现偏析现象，影响前驱体材料的改善效果。

因此，如何避免制备碳酸钴前驱体的过程中掺铝导致的偏析从而引发的改善效果的降低，进而提高碳酸钴材料的结构稳定性，是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镍锰双金属掺杂的大颗粒碳酸钴及其制备方法和用途。本发明通过掺杂锰完成对铝的替换，避免了高铝掺杂导致的分布不均匀的问题，进一步掺杂镍，还可提高正极材料的体积能量密度；且镍锰双金属对碳酸钴的掺杂能同时提高正极材料结构的稳定性和循环性能，获得综合性能优良的锂离子电池正极材料，且制备过程简单，方便连续生产，能够有效提高工作效率。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种双金属掺杂的大颗粒碳酸钴，所述双金属掺杂的大颗粒碳酸钴中的双金属元素为镍和锰。

本发明通过掺杂锰完成对铝的替换，避免了高铝掺杂导致的分布不均匀的问题，进一步掺杂镍，还可提高正极材料的体积能量密度；且镍锰双金属对碳酸钴的掺杂能同时提高正极材料结构的稳定性和循环性能，获得综合性能优良的锂离子电池正极材料。