一种包覆型镍钴铝正极材料前驱体的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种包覆型镍钴铝正极材料前驱体的制备方法，其特征在于先在反应器中合成平均粒径D50在8‑25μm的球形氢氧化镍钴粉体，然后在粉体表面包覆一层氢氧化铝，形成包覆型粉体，固液分离后采用强化洗涤的方式去除粉体中残留物且保证其分散性，充分干燥后制得平均粒径D50在8‑25μm、振实密度为1.8g/cm3以上的镍钴铝正极材料前驱体。该制备方法工艺流程简单，适合用于工业上大规模生产镍钴铝正极材料前驱体。

Preparation method of coated nickel cobalt aluminum cathode material precursor

The invention discloses a method for preparing a coated nickel cobalt aluminum precursor cathode material, which is characterized in that the average particle size of D50 in the first synthesis of spherical nickel hydroxide cobalt powder 8 25 m body in the reactor, and then coated with a layer of aluminum hydroxide on the surface of powder to form a coating powder, solid liquid after separation by means of removing residues that intensified and the dispersion of powder, fully drying the average particle size of D50 in 8 25 mu m, the tap density of nickel cobalt aluminum cathode materials were more than 1.8g/cm3. The preparation method and process is simple, and it is suitable for large-scale production of nickel cobalt aluminum cathode material precursor in industry.

【技术实现步骤摘要】
一种包覆型镍钴铝正极材料前驱体的制备方法
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种包覆型镍钴铝正极材料前驱体的制备方法。
技术介绍
锂离子电池由于能量密度高、循环性能好、绿色环保等优点，广泛应用于各种移动式电子产品，并将越来越多地应用于电动汽车领域。正极材料在锂离子电池产品组成中占据着最重要的地位，正极材料的好坏，直接决定了电池的最终性能，而且正极材料在电池成本中所占比例高达40%左右。在新能源汽车续航里程要求不断提升的形势下，对动力电池能量密度有决定性影响的正极材料正在往高镍方向发展，而已被成功规模应用的NCA材料是目前最可行的技术方案，甚至有可能占据未来新能源乘用车动力电池市场主导地位。高Ni系正极材料到目前未得到更广泛应用，其原因在于其很难合成具有化学计量比的材料，铝的掺杂可以稳定镍钴材料的结构，明显抑制充放电过程中的放热反应，使材料循环性能和耐过充性能提高，因此NCA正极材料的重点主要在镍钴铝氢氧化物前驱体的合成上。目前镍钴铝正极材料前驱体的制备方法主要有固相混合法、共沉淀法、溶胶-凝胶法等，不同制备方法对材料的结构和电化学性能有着不同的影响，方法不同，制出的材料有明显的差别，固相混合法一般通过机械混合的方式将氢氧化铝粉末混入到氢氧化镍钴粉体中，工艺简单成本低，但铝在镍钴中不能达到均匀混合，导致产品电化学性能差；共沉淀法工艺流程相对简单，但由于Al3+、Ni2+和Co2+三种离子的Ksp分别为1.9×10-33、2×10-15和1.6×10-15相差太大，Al3+很难和Ni2+、Co2+实现均相共沉淀，前驱体晶格有序性变差。但不同的制备方法有各自的优势，比如反应温度低、原料混合均匀、材料制备的重现性和一致性较好、化学反应进度容易控制等，都能合成出层状结构良好的正极材料，但是它们也有相应的弊端，因此，现有的制备方法都需要继续研究改进。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题提供一种包覆型镍钴铝正极材料前驱体的制备方法。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种包覆型镍钴铝正极材料前驱体的制备方法，该方法按照下述步骤进行：步骤1：将Ni2+、Co2+混合盐溶液与络合剂溶液、沉淀剂溶液并流加入装有底液的反应器中，于50℃-75℃、pH值10-13.5、搅拌转速在300-600rpm、络合剂浓度0.15-0.30mol/l条件下进行液相合成反应40-60h，反应结束后陈化1h，得平均粒径D50在8-25μm的球形氢氧化镍钴粉体浆液；步骤2：向步骤1中得到的氢氧化镍钴粉体浆液中加入8mol/l稀硫酸，调整pH值至7.0-8.5，并加入Al3+盐溶液和沉淀剂溶液并流加入到反应器中，于50℃-75℃、pH值7.0-8.5、搅拌转速在300-600rpm进行包覆反应8-10h，反应结束后陈化1h，得包覆型粉体；步骤3：将步骤2中得到的包覆型粉体固液分离得粉料，将粉料加入80℃-100℃去离子水搅拌成浆液，在转子线速度15-25m/s的乳化分散机对浆液强化洗涤并固液分离、加去离子水浆化及强化洗涤，反复洗涤后将粉料置于90-120℃干燥箱内干燥20-24h，得平均粒径D50为8-25μm的球形镍钴铝正极材料前驱体。优选的，步骤1中的混合盐溶液中，Ni2+、Co2+的摩尔比为1-x-y:x（x、y为镍、钴金属量摩尔比值，其中0.05≤x≤0.2，0.01≤y≤0.05）。优选的，步骤1和步骤2中的混合盐溶液中总金属离子的浓度为1-3mol/l。优选的，步骤1中的络合剂溶液的浓度为2.5-4.5mol/l，该络合剂溶液为EDTA、氨水、EGTA、硫化钠、酒石酸中的一种或几种水溶液，络合剂溶液的加入量为混合盐溶液加入量的0.1-0.2倍，络合剂溶液在反应中可以对金属离子有络合作用，而且还可以稳定混合溶液的pH值。优选的，步骤1和步骤2中的沉淀剂溶液的浓度为5-10mol/l，该沉淀剂溶液为氢氧化钠、硫脲、碳酰二胺中的一种或几种水溶液。优选的，步骤1中的底液为沉淀剂溶液与络合剂溶液的混合溶液。优选的，步骤2中的Al3+盐溶液浓度为0.5-2mol/l。优选的，步骤2中的Ni2+、Co2+、Al3+的摩尔比为1-x-y:x:y（x、y为镍和钴的金属量摩尔比，其中0.05≤x≤0.2，0.01≤y≤0.05）。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术所涉及的制备方法可以简单、有效地控制前驱体的平均粒径D50在8-25μm的预期范围，具有球形或类球形形貌，包覆的氢氧化铝层结构致密不易脱落，经过强化洗涤后粉体颗粒表面残留物少，分散性好，反应活性高，有利于后续过程中与锂源的混合与烧结。同时，整体制备工艺简单成本低，易于工业化生产。附图说明图1为本专利技术的工艺制备流程示意图；图2为本专利技术实施例1中制备得到的氢氧化镍钴粉体的扫描电镜图；图3为本专利技术实施例1的制备工艺制得的包覆型Ni0.9Co0.08Al0.02(OH)2.02正极材料前驱体扫描电镜图；图4为本专利技术实施例2中制备得到的氢氧化镍钴粉体的扫描电镜图；图5为本专利技术实施例2的制备工艺制得的包覆型Ni0.8Co0.15Al0.05(OH)2.05正极材料前驱体扫描电镜图；图6为本专利技术实施例3中制备得到的氢氧化镍钴粉体的扫描电镜图；图7为本专利技术实施例3的制备工艺制得的包覆型Ni0.86Co0.10Al0.04(OH)2.04正极材料前驱体扫描电镜图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。实施例1一种包覆型镍钴铝正极材料前驱体的制备方法，该方法按照下述步骤进行：（1）先在反应器中合成球形氢氧化镍钴粉体：按照元素摩尔比Ni:Co=90:8准确称取硫酸镍、硫酸钴，并溶于去离子水中配制成1mol/l的镍钴金属混合盐溶液，与2.5mol/l的络合剂溶液、5mol/l的沉淀剂溶液并流加入到装有底液的反应器进行液相合成反应，反应开始及过程中控制温度在50℃、pH值在10、搅拌转速在300rpm、络合剂浓度在0.15mol/l，反应40小时并陈化1h后得到平均粒径D50在8μm的球形氢氧化镍钴粉体浆液，其形貌如图2所示，在上述反应过程中，加入络合剂溶液的用量为0.1倍的镍钴金属混合盐溶液的用量，加入沉淀剂溶液的用量为0.4倍的镍钴金属混合盐溶液的用量。（2）氢氧化铝的包覆：向步骤1中得到的球形氢氧化镍钴浆液直接添加8mol/l的稀硫酸调整pH值至目标值7.0，并计算反应器中所制备的氢氧化镍钴粉料浆料中镍钴金属的量，按照元素摩尔比Ni:Co:Al=90:8:2准确称取硫酸铝，溶于去离子水中配制成0.5mol/l的Al3+盐溶液，与5mol/l沉淀剂溶液并流加入到反应器中进行包覆反应，反应开始及过程中控制温度在50℃、pH值在7.0、搅拌转速在300rpm，进行包覆反应8h，反应结束后陈化1h，得包覆型粉体，在上述反应过程中，加入沉淀剂溶液的用量为0.4倍的镍钴金属混合盐溶液的用量。（3）粉体的后处理：将步骤2中得到的包覆型粉体固液分离得粉料，然后将粉料加入80℃去离子水搅拌成浆液，通过高速旋转的转子线速度15m/s的乳化分散机对浆液强化洗涤并固液分离、加去离子水浆化及强化洗涤，反复洗涤后将粉料置于90℃干燥箱内干燥20h，得平均粒径D50仍为8μm的球本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包覆型镍钴铝正极材料前驱体的制备方法，其特征在于，该方法按照下述步骤进行：步骤1：将Ni

【技术特征摘要】
1.一种包覆型镍钴铝正极材料前驱体的制备方法，其特征在于，该方法按照下述步骤进行：步骤1：将Ni2+、Co2+混合盐溶液与络合剂溶液、沉淀剂溶液并流加入装有底液的反应器中，于50℃-75℃、pH值10-13.5、搅拌转速在300-600rpm、络合剂浓度0.15-0.30mol/l条件下进行液相合成反应40-60h，反应结束后陈化1h，得平均粒径D50在8-25μm的球形氢氧化镍钴粉体浆液；步骤2：向步骤1中得到的氢氧化镍钴粉体浆液中加入8mol/l稀硫酸，调整pH值至7.0-8.5，并加入Al3+盐溶液和沉淀剂溶液并流加入到反应器中，于50℃-75℃、pH值7.0-8.5、搅拌转速在300-600rpm进行包覆反应8-10h，反应结束后陈化1h，得包覆型粉体；步骤3：将步骤2中得到的包覆型粉体固液分离得粉料，将粉料加入80℃-100℃去离子水搅拌成浆液，在转子线速度15-25m/s的乳化分散机对浆液强化洗涤并固液分离、加去离子水浆化及强化洗涤，反复洗涤后将粉料置于90-120℃干燥箱内干燥20-24h，得平均粒径D50为8-25μm的球形镍钴铝正极材料前驱体。2.如权利要求1所述的一种包覆型镍钴铝正极材料前驱体的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的混合盐溶液中，Ni2+、Co2+的摩尔比为1-x-y:x（x、y为镍、钴金属量摩尔比值，其中0.05≤x≤0.2，0.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：常全忠，王红忠，江名喜，曹笃盟，杨克勇，宋芳，高小琴，王璐，郭培庆，孙玥，张佩莉，
申请(专利权)人：金川集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：甘肃,62