CN115924988A 审中 核壳结构三元前驱体及其制备方法和单晶三元材料
1.一种核壳结构三元前驱体,其特征在于,其通式为(NixCoyMnz)1-aMa(OH)2+b,其中0.50≤x≤1.0,0≤y≤0.30,0≤z≤0.30,x+y+z=1,0.00001≤a≤0.30,M选自Mg、Al、Zr、Ti、Y、Sr、Nb、W、Mo中的一种或多种,b值由M的化合价态和掺杂量决定。
2.如权利要求1所述的核壳结构三元前驱体,其特征在于,其具有:
内核,所述内核为一次颗粒相互交织形成的大孔和小孔随机排列的疏松多孔结构,由NixCoyMnz(OH)2表示,其中0.50≤x≤1.0,0≤y≤0.30,0≤z≤0.30,x+y+z=1;
以及外壳,所述外壳为锯齿状结构,由(NixCoyMnz)1-aMa(OH)2+b表示,其中0.50≤x≤1.0,0≤y≤0.30,0≤z≤0.30,x+y+z=1,0.00001≤a≤0.30,M选自Mg、Al、Zr、Ti、Y、Sr、Nb、W、Mo中的一种或多种,b值由M的化合价态和掺杂量决定。
3.如权利要求2所述的核壳结构三元前驱体,其特征在于,其D50为2~8μm,所述疏松多孔结构中,大孔数量占比为30~70%,小孔数量占比30~70%;大孔孔径为20~100nm,小孔孔径为5~10nm。
4.如权利要求2所述的核壳结构三元前驱体,其特征在于,内核多孔的孔径截面积之和占内核总截面积的30~90%;所述内核中的一次颗粒的纵向厚度为10~50nm。
5.如权利要求2所述的核壳结构三元前驱体,其特征在于,所述外壳的外径为三元前驱体颗粒直径的1~20%,锯齿间夹角为1~80°,单个所述锯齿的纵向厚度为50~200nm,所述外壳和内核间无明显界面。
6.如权利要求1~5任一项所述核壳结构三元前驱体的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)按核壳结构三元前驱体(NixCoyMnz)1-aMa(OH)2+b中Ni、Co、Mn元素摩尔比例,即x、y、z的数值,选用镍、钴、锰可溶性盐配制浓度为1.2~2.7mol/L的混合金属盐溶液A,取M可溶性盐配制浓度为1.2~2.7mol/L的金属盐溶液B,配制浓度为1.0~13.0mol/L的碱液,配制浓度为1.0~12.0mol/L的络合剂;
(2)向反应容器中通入氮气,且加入设定量的纯水,再加入步骤(1)中配制的碱液和络合剂,形成反应开机底液;
(3)待反应容器内充满氮气后停止通入氮气,在不断搅拌下将步骤(1)配制的混合金属盐溶液A、碱液和络合剂加入反应容器中进行反应,形成晶种;
(4)待反应容器内晶种粒径接近所需要求时,同时通入金属盐溶液B,当检测到反应容器内物料粒径达到所需要求时,停止进料,并继续搅拌陈化1~2小时;
(5)将步骤(4)中陈化后的物料进行固液分离、洗涤、烘干、过筛、除磁后即得核壳结构三元前驱体。
7.如权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述络合剂选自氨水、N-N二甲基咪唑、尿素、碳酸氢铵、柠檬酸中的一种或多种;所述碱液选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂的至少一种。
8.如权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中,络合剂为氨水,开机底液的pH值为11.2~12.5,氨浓度为1.0g/L~6.0g/L。
9.如权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中,络合剂为氨水,搅拌速度为50~600rpm,控制反应温度为50.0~70.0℃,pH值为11.2~12.5,氨浓度为1.0g/L~6.0g/L。
10.如权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中络合剂为氨水,所述步骤(4)中,控制反应温度为50.0~70.0℃,pH为10.5~11.2,氨浓度为1.0g/L~6.0g/L。
11.如权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(4)中通入金属盐溶液B时,保持混合金属盐溶液A与金属盐溶液B的流量与步骤(3)中混合金属盐溶液A的流量相同。
12.如权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(4)中,接近所需要求指晶种粒径达到所需要求粒径的80%~99%。
13.一种单晶三元材料,其特征在于,由权利要求1~5任一项核壳结构三元前驱体或由权利要求6~12任一项制备方法制备而成的核壳结构三元前驱体与锂盐在700℃-950℃下烧结而成。
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