[发明专利]锌掺杂型核壳结构高镍三元前驱体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锌掺杂型核壳结构高镍三元前驱体的制备方法，包括如下步骤：S1、配制镍钴锰三元盐溶液；S2、在反应釜中加入纯水，持续通入氮气作为保护气；S3、加入层状碱式碳酸锌晶体，然后加入沉淀剂和络合剂调节反应釜内物料pH和氨浓度；然后进行共沉淀反应；S4、当反应釜中生成的产品粒度达到3～4um时结束反应，生成的沉淀浆料经后处理得到锌掺杂型核壳结构高镍三元前驱体。其优点是：1)减缓循环过程中的结构应变，提高正极材料的循环稳定性，增加循环寿命，提升其正极材料的安全性能和电化学性能；2)使用本发明的层状碱式碳酸锌晶体相对于普通碳酸锌而言，不仅可以提高正极材料的安全性还能提高正极材料的电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料三元前驱体的制备方法，尤其是一种锌掺杂三元前驱体的制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种具有高转化效率的化学储能与转化装置，在动力电池领域目前很难被取代，三元正极材料由于其优异的电化学特性，成为目前最重要的三元正极材料之一，高镍三元正极材料由于其具有较高的比容量，是目前研究最广泛，也是最具商业化发展的正极材料之一。

高镍三元正极材料虽具有较高的比容量，但由于Ni含量的增多，Ni²⁺与Li⁺的半径相近，在材料的合成和循环过程中会更容易发生阳离子混排，影响材料的结构稳定性，不利于锂离子的迁移与扩散，从而影响材料的电化学性能，存在正极材料的首次充放电效率不高，循环寿命短等问题。

对正极材料进行掺杂改性是提升材料性能，优化材料结构的主要方法之一，对高镍三元正极材料进行金属元素Zn的掺杂改性能在一定程度上解决其缺点，提升高镍三元正极材料的循环稳定性、安全性能以及提升正极材料的电化学性能。

例如专利CN201711391042.2公开了一种从废旧锂电池中回收锌进而用于掺杂三元正极材料前驱体的方法，该方法将废旧锂电池进行酸浸液除杂除去Zn以外的其他元素，再将酸浸液与Ni、Co、Mn共沉淀获得前驱体，此法将回收旧锂电池和三元前驱体掺杂制备结合起来，优化了工艺，提高了产品回收的附加值，但此法制得的锌掺杂的三元前驱体烧结而成的电池能量密度较低，循环寿命较短。专利CN201711355288.4公开了一种利用共沉淀法以Na₂CO3溶液为沉淀剂，将NiSO₄、CoSO₄和MnSO₄混合溶液与ZnSO₄共沉淀得到Zn掺杂的523型三元材料前驱体，此法工艺简单，制得的产品振实密度高，但此法掺杂的Zn元素不均匀，会影响正极材料的循环稳定性。

发明内容

为提高高镍三元正极材料的首次充放电效率、循环寿命、循环稳定性和安全性能，本发明提供了一种锌掺杂型核壳结构高镍三元前驱体及其制备方法。

本发明所采用的技术方案是：锌掺杂型核壳结构高镍三元前驱体的制备方法，生产原料包括层状碱式碳酸锌晶体。

具体可以按照如下步骤进行生产：

S1、按镍、钴、锰摩尔比为x:y:1-x-y配制镍钴锰三元盐溶液，其中0.6≤x＜1，0＜y≤0.2；

S2、在反应釜中加入纯水，搅拌转速设置为600～800r/min，升温至60℃～65℃，持续通入氮气作为保护气；

S3、通氮气2～3h后，加入所述层状碱式碳酸锌晶体，然后加入沉淀剂和络合剂调节反应釜内物料pH为10～13，氨浓度为0.2～0.6mol/L；然后将所述镍钴锰三元盐溶液、沉淀剂、络合剂连续加入反应釜中进行共沉淀反应；

S4、当反应釜中生成的产品粒度达到3～4um时结束反应，生成的沉淀浆料经后处理得到锌掺杂型核壳结构高镍三元前驱体。

本发明的层状碱式碳酸锌晶体可以按照如下步骤进行制备：