本發(fā)明涉及三元前驅體電池新型材料，具體涉及一種金屬氧化物前驅體及其制備方法和應用。

背景技術：

1、在當今能源轉型的關鍵時期，三元氧化物前驅體作為鋰離子電池三元正極材料的核心原料，其制備技術的革新對于提升電池性能、降低生產成本意義重大。噴霧熱解技術憑借其無廢水排放、能耗低、生產流程短以及高效產出等顯著優(yōu)勢，近年來吸引了大量研究資源的投入。相較于傳統(tǒng)的共沉淀三元前驅體技術，噴霧熱解技術在制造成本方面展現(xiàn)出明顯的競爭力。

2、然而，該技術在實際應用中仍面臨嚴峻挑戰(zhàn)。噴霧熱解過程所生成的產物，存在氯、硫等雜質含量過高的問題。這些雜質的殘留不僅在正極材料制造過程中生成有害氣體，腐蝕窯爐，還會損害三元正極材料的結構完整性與電化學性能。此外，前驅體的粒度分布（如?d50、dmax）、振實密度以及比表面積等關鍵指標，同樣對三元正極材料的性能有著深刻影響。不合理的粒度分布，會導致材料在電極制備過程中難以實現(xiàn)緊密堆積，降低電極的壓實密度，進而影響電池的能量密度。振實密度不足，使得單位體積內活性物質的裝載量受限，同樣不利于提升電池的能量存儲能力。而比表面積過大或過小，都會影響材料與電解液之間的界面反應，對電池的充放電動力學過程產生不利影響。

3、因此，如何在采用噴霧熱解技術制備三元金屬氧化物前驅體的過程中，有效降低雜質含量并精準調控各項關鍵性能指標，成為當前該領域亟待攻克的核心難題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種金屬氧化物前驅體及其制備方法和應用。

2、為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：

3、一種金屬氧化物前驅體，包含鎳元素、錳元素、元素m；以金屬元素總摩爾數(shù)為基準，鎳元素的摩爾占比為55~85mol%，錳元素的摩爾占比為0~35mol%，元素m的摩爾占比為0~15mol%，所述元素m包括鈷、鋁中的一種或幾種。

4、上述方案中，元素m還可包括鋯、鑭、鈰、鎂、鈣。

5、進一步的技術方案，前驅體的d50為1.0~4.0μm，dmax≤15μm；氯含量≤100ppm，硫含量≤300ppm；比表面積為6-12m2/g，振實密度為1.45～2.05g/cm3。

6、進一步的技術方案，當元素m為鈷時，所述化學式為nixmnycozon；

7、當元素m為鋁時，所述化學式為nixmnyalzon；

8、其中，0.55≤x≤0.85，0≤y≤0.35，0≤z≤0.15，x?+?y?+?z?=?1；

9、n=∑(金屬離子氧化態(tài)×原子比例)/2，即，n由金屬離子的氧化態(tài)組合和電荷平衡唯一確定。

10、進一步的，本發(fā)明還公開了一種金屬氧化物前驅體的制備方法，用于制備所述的金屬氧化物前驅體；制備方法包括：

11、步驟一、將金屬鹽按摩爾比溶于去離子水中，并加入水溶性分散劑和添加劑，配置總金屬離子濃度為2-5mol/l的混合金屬鹽溶液；

12、步驟二、將所述混合金屬鹽溶液以氣霧形態(tài)噴入高溫熱解爐，進行噴霧熱解反應；

13、步驟三、將噴霧熱解產物在含氧氣氛中焙燒1-4h，焙燒溫度為500-700℃；

14、步驟四、將步驟三產物分散于酸性水溶液中，在150-250℃下水熱反應1-6h，經壓濾、去離子水洗滌至濾液電導率＜50μs/cm；

15、步驟五、將洗滌后產物在120-180℃干燥，經氣流粉碎得到金屬氧化物前驅體。

16、進一步的技術方案，步驟一中，所述混合金屬鹽溶液中的金屬鹽包括鎳鹽、錳鹽以及m鹽，所述m鹽包括鈷鹽和/或鋁鹽；

17、所述鎳鹽選自氯化鎳、硫酸鎳中的至少一種；所述錳鹽選自氯化鹽、硫酸鹽中的至少一種；所述鈷鹽選自氯化鈷、硫酸鈷中的至少一種；所述鋁鹽選自氯化鋁、硫酸鋁中的至少一種。

18、進一步的技術方案，步驟一中，所述分散劑為聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚馬來酸酐、羧甲基殼聚糖、聚乙二醇中的至少一種，添加量為金屬鹽總質量的0.5-3%。

19、進一步的技術方案，步驟一中，所述添加劑為檸檬酸、檸檬酸銨、酒石酸、磺基水楊酸中的至少一種，添加的摩爾量為金屬離子總摩爾數(shù)的1-10%。

20、進一步的技術方案，步驟二中，所述混合金屬鹽溶液氣霧化后的液滴d50為30-200μm；

21、所述高溫熱解爐的爐頂溫度為150-350℃，爐中熱解溫度為650-950℃，爐底為450-700℃。爐頂150-350℃，霧化液滴發(fā)生蒸發(fā)、結晶、干燥反應。爐中650℃-950℃，發(fā)生熱分解生成金屬氧化物。爐底450℃-700℃，高溫脫氯。

22、進一步的技術方案，步驟三中，所述的含氧氣氛為空氣或氧氣體積比為20-50%的氮氧混合氣。

23、進一步的技術方案，步驟四中，所述酸性水溶液在25℃下的ph值為1.5-6.0，所用酸為硫酸、硝酸、醋酸中的至少一種；

24、所述水熱反應在水熱反應釜中進行，該水熱反應釜的填充度為60-80%，水熱除雜過程的固液比為1:(1～4)，洗滌水溫度為50-80℃。

25、進一步的，本發(fā)明還公開了一種金屬氧化物前驅體的應用，將所述的金屬氧化物前驅體與鋰源混合燒結制得三元正極材料。

26、關于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”等，均為開放性的用語，即意指包含但不限于。

27、關于本文中所使用的用詞（terms），除有特別注明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在本案內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本案的用詞將于下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本案描述上額外的引導。

28、本發(fā)明的工作原理及優(yōu)點如下：

29、本發(fā)明提供了一種噴霧熱解法生產低雜質含量三元金屬氧化物的制備方法，相較于現(xiàn)有技術而言，本發(fā)明通過優(yōu)化工藝步驟，顯著降低熱解產物中的氯、硫等雜質含量，提高三元金屬氧化物的品質。

30、本發(fā)明通過“低溫焙燒-酸性條件”水熱協(xié)同除雜工藝顯著降低產物中cl?、so42?殘留。具體包括：將含分散劑/絡合劑的氯化鹽溶液噴霧熱解后，再低溫焙燒，酸性溶液水熱除雜處理，最終產物cl?≤100ppm，s≤300ppm。

31、在本發(fā)明金屬氧化物前驅體的制備方法中，步驟三的焙燒處理與步驟四的水熱反應是實現(xiàn)低雜質含量、提升產品品質的核心環(huán)節(jié)。

32、噴霧熱解形成的三元氧化物中，氯、硫雜質以化合物形式固溶于晶格內部。通過含氧氣氛下的低溫焙燒，晶格內的含氯、硫化合物與氧氣發(fā)生氧化分解反應，生成揮發(fā)性氣體。較低溫度使前驅體原子僅發(fā)生有限遷移，既能修復晶格缺陷、增強顆粒結構穩(wěn)定性，又可避免因高溫導致的過度燒結，從而防止顆粒比表面積減小及活性降低。此低溫焙燒工藝精準靶向晶格內雜質，在保持前驅體活性的前提下高效脫除氯、硫，同時降低能耗與成本。此外，焙燒后形成的疏松多孔結構有利于步驟四水熱溶液的滲透，進一步提升雜質脫除效率，并為制備高性能正極材料奠定優(yōu)質原料基礎。

33、經低溫焙燒后，前驅體表面仍附著部分氯、硫雜質。水熱過程中，高溫高壓的酸性水溶液顯著提升離子活性，溶液中的氫離子與前驅體表面的含氯、硫化合物充分反應，將其轉化為可溶性物質。同時，高溫高壓環(huán)境大幅增強酸性溶液的滲透能力，使其深入前驅體顆粒內部。顆粒內部原本被包裹的氯、硫雜質在酸性溶液的侵蝕與溶解作用下逐漸脫離，并通過水熱作用形成的微通道擴散至外部溶液，實現(xiàn)從顆粒內部向外部溶液的轉移，達到深度除雜目的。本工藝有效解決了傳統(tǒng)方法難以去除前驅體內部夾雜雜質的難題，極大降低氯、硫殘留量。這種深度除雜方式不僅提升了前驅體純度，還避免了因雜質殘留導致的正極材料性能下降問題。此外，水熱過程對顆粒結構的改善進一步優(yōu)化了前驅體的加工性能，保障后續(xù)正極材料燒結工序的高效進行，同時降低生產成本。

34、相較于現(xiàn)有技術而言，本發(fā)明制備方法工藝可靠、操作簡便，易于工業(yè)化生產。