一种锂离子电池正极材料前驱体和制备该前驱体的超声波震荡反应器及方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池正极材料前驱体，NixCoyMnzAl1‑x‑y‑z(OH)2，其中0.5≤x≤1，0≤y≤0.5，0≤z≤0.35，0

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池正极材料前驱体和制备该前驱体的超声波震荡反应器及方法
本专利技术涉及一种锂离子电池正极材料前驱体NixCoyMnzAl1-x-y-z(OH)2。本专利技术还涉及一种制备上述锂离子电池正极材料前驱体的超声波震荡反应器，包括反应器罐体，搅拌装置，进料管和超声波震荡发生器。本专利技术还涉及一种用上述超声波震荡反应器制备上述锂离子电池正极材料前驱体NixCoyMnzAl1-x-y-z(OH)2的方法。
技术介绍
新能源材料中锂离子电池作为一种绿色高能的可充电电池，具有能量密度高、无记忆效应、循环寿命长、无污染、重量轻、自放电小等突出优点，备受关注。而锂离子正极材料作为锂离子电池的核心部件，其性能优劣尤其重要，面氢氧化物是锂离子电池正极材料烧结前重要的前驱体原料，主要有氢氧物镍、氢氧化钴、氢氧化锰、氢氧化镍钴、氢氧化镍锰、氢氧化镍钴锰、氢氧化镍钴铝等等。因此，前驱体氢氧化物是决定新能源电池正极材料性能是否优越的关键。但是，现有技术中，在氢氧化物前驱体制作时存在结晶反应初期氢氧化物晶核粘连现象，导致氢氧化物晶核结晶轮廓圆度差，初期氢氧化物前驱体物理指标不合格，最典型的不合格就是振实密度偏低、比表面积大，目前，常规的做法是将每次反应初期一定时间内生产的物料作为过渡料，过渡料由于物理指标不合格，只能当作废料处理，造成浪费。再者就是由于现有技术中，由于结晶初期晶核粘连，造成成品晶核内部结构出现空洞，影响电池正极材料电性能的正常发挥。
技术实现思路
为了解决以上问题，本专利技术提供了一种锂离子电池正极材料前驱体，其化学式为NixCoyMnzAl1-x-y-z(OH)2，其中0.5≤x≤1，0≤y≤0.5，0≤z≤0.35，0<x+y+z≤1,且其在扫描电镜下显示为球形或类球形，平均粒径为10－20微米。这种球形或类球形氢氧化物不仅振实密度高，成品内部无空洞，而且流动性比较好，在下一步制作锂离子正极材料时加工性能好，所制成的锂离子正极材料电性能优越。本专利技术还提供一种制备上述NixCoyMnzAl1-x-y-z(OH)2的超声波震荡反应器，包括反应器罐体，搅拌装置，进料管，超声波震荡发生器，所述搅拌装置和所述进料管伸进所述反应罐体内部，所述超声波震荡发生器设置在所述反应器罐体内部且靠近所述进料管，其下端与所述进料管下端平齐。通过将超声波震荡发生器设置在反应器罐体内部且靠近所述进料管，使震荡发生器的下端与所述进料管下端平齐，超声波震荡发生器安装在这个位置和深度，可以使原料在进入反应器之时，就在超声波的作用下有效地分散，进而使得反应生产的氢氧化物晶核相互分散不粘连，避免了在进一步的结晶过程中出现空洞、夹杂，从而不仅可以避免在反应初期出现粘连和圆度差、振实密度低的废料，还可以最终得到振实密度高、比表面积较小且成品内部结构无空洞的氢氧化物前驱体。优选地，所述进料管与所述超声波震荡发生器相距不大于10cm，所述超声波震荡发生器安装深度至所述反应器的由上至下的2/3处。优选地，所述进料管为3个，靠近每个进料管各设有一个所述超声波震荡发生器。优选地，所述反应器罐体为不锈钢，其容积为50L。优选地，所述超声波震荡发生器功率为600W-3000W，超声波频率是20-40KHZ。本专利技术还提供了一种用上述超声波震荡反应器制备NixCoyMnzAl1-x-y-z(OH)2的方法，该方法有效地解决了现有技术中生产氢氧化物前驱体时反应初期出现粘连、空洞、结晶轮廓不圆、振实密度低、比表积大等缺陷的废料的问题。该方法包括以下步骤：步骤一，配制盐溶液：用镍盐、钴盐、锰盐中的一种或一种以上配制金属离子摩尔总浓度为1.0-3.0mol/L的盐的水溶液；或者用镍盐、钴盐、锰盐中的一种或一种以上与铝盐混合配制金属离子摩尔总浓度为1.0-3.0mol/L的盐的水溶液；步骤二，配制摩尔浓度为6-12mol/L的氢氧化钠水溶液；步骤三，配制摩尔浓度为4-12mol/L的氨水溶液；步骤四，向所述反应器中加入反应器总容积30％的步骤一所配制的盐溶液，升温至40-80℃；步骤五，在高纯氮气的保护氛围下，开启所述搅拌装置使转速600-1000r/min和所述超声波震荡发生器，以反应器罐体总容积0.02-0.15％/分钟的流量连续向所述反应器罐体中加入所述步骤二配制的氢氧化钠溶液，并且同时以反应器罐体总容积0.003-0.015％/分钟的流量连续向所述反应器中加入所述步骤三配制的氨水溶液；步骤六，当反应器中溶液pH值达到10-14时，通过不同的进料管分别同时向所述反应器中以反应器罐体总容积0.1％/分钟的流量连续加入所述步骤一所配制的盐溶液，以反应器罐体总容积0.02-0.15％/分钟的流量连续加入所述步骤二配制的氢氧化钠溶液，以反应器罐体总容积0.003-0.015％/分钟的流量连续加入所述步骤三配制的氨水溶液；所述超声波震荡发生器和所述搅拌装置一直处于开启状态，反应器中溶液pH保持10-14；当反应器溢流后，连续收集生成物；步骤七，生成物保持反应温度条件下陈化1h，过滤洗涤，将滤饼在干燥机中80-120℃条件下烘干，即得所需氢氧化物。采用上述方法，由于超声波震荡发生器安装在原料进入反应器的位置，即靠近进料管且震荡发生器下端与所述进料管下端平齐，原料一进入反应器就得到分散，所生成的氢氧化物及时得到了有效的分散，使得反应产物即时生成即时分散，不仅避免了反应初期出现粘连和圆度差、振实密度低的废料，还可以最终得到振实密度高、比表面积较小且成品内部结构无空洞的氢氧化物前驱体。优选地，上述的制备氢氧化物的方法，所述步骤一中：所述镍盐为硫酸镍、氯化镍、硝酸镍或乙酸镍中的一种或者一种以上的混合；所述钴盐为硫酸钴、氯化钴、硝酸钴或乙酸钴中的一种或者一种以上的混合；所述锰盐为硫酸锰、氯化锰、硝酸锰或乙酸锰中的一种或者一种以上的混合；所述铝盐为硫酸铝、氯化铝、硝酸铝、乙酸铝或偏铝酸钠中的一种或者一种以上的混合。优选地，所述步骤四中反应器中的温度保持为50-70℃。优选地，所述步骤六中反应器中的pH值保持11-12。附图说明图1是本专利技术所提供的超声波震荡反应器示意图。图2是实施例1所制得的氢氧化镍钴铝的扫描电镜照片。图3是实施例1所制得的氢氧化镍钴铝的FIB照片。图4是对比例所制得的氢氧化镍钴铝的扫描电镜照片。图5是对比例所制得的氢氧化镍钴铝的FIB照片。具体实施方式下面对本专利技术做详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供的锂离子电池正极材料的前驱体NixCoyMnzAl1-x-y-z(OH)2，其中0.5≤x≤1，0≤y≤0.5，0≤z≤0.35，0<x+y+z≤1,在扫描电镜下显示为球形或类球形，平均粒径为10－20微米。为了制备上述前驱体本专利技术提供了一种超声波震荡反应器，如图1所示，包括反应器罐体1，超声波震荡发生器2，进料管31、进料管32、进料管33，搅拌装置4，所述搅拌装置4和所述进料管31、32、33伸进所述反应器罐体1内部，所述超声波震荡发生器2设置在所述反应器罐体1内部且靠近所述进料管31、3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池正极材料前驱体，其化学式为NixCoyMnzAl1‑x‑y‑z(OH)2，其特征在于，所述前驱体NixCoyMnzAl1‑x‑y‑z(OH)2中0.5≤x≤1，0≤y≤0.5，0≤z≤0.35，0

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极材料前驱体，其化学式为NixCoyMnzAl1-x-y-z(OH)2，其特征在于，所述前驱体NixCoyMnzAl1-x-y-z(OH)2中0.5≤x≤1，0≤y≤0.5，0≤z≤0.35，0<x+y+z≤1,且其在扫描电镜下显示为球形或类球形，平均粒径为10-20微米。2.一种制备如权利要求1所述的锂离子电池正极材料前驱体的超声波震荡反应器，包括反应器罐体，搅拌装置，进料管，超声波震荡发生器，所述搅拌装置和所述进料管伸进所述反应器罐体内部，其特征在于，所述超声波震荡发生器设置在所述反应器罐体内部且靠近所述进料管，其下端与所述进料管下端平齐。3.如权利要求2所述的制备锂离子电池正极材料前驱体的超声波震荡反应器，其特征在于，所述进料管与所述超声波震荡发生器相距不大于10cm，所述超声波震荡发生器安装深度至所述反应器罐体的由上至下总高度的2/3处。4.如权利要求3所述的制备锂离子电池正极材料前驱体的超声波震荡反应器，其特征在于，所述进料管为3个，靠近每个进料管各设有一个所述超声波震荡发生器。5.如权利要求4所述的制备锂离子电池正极材料前驱体的超声波震荡反应器，其特征在于，所述反应器罐体为不锈钢，其容积为50L。6.如权利要求4所述的制备锂离子电池正极材料前驱体的超声波震荡反应器，其特征在于，所述超声波震荡发生器功率为600W-3000W，超声波频率为20-40KHZ。7.一种用权利要求2至6之一所述的超声波震荡反应器制备权利要求1所述的锂离子电池正极材料前驱体的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一，配制盐溶液：用镍盐、钴盐、锰盐中的一种或一种以上配制金属离子摩尔总浓度为1.0-3.0mol/L的盐的水溶液；或者用镍盐、钴盐、锰盐中的一种或一种以上与铝盐混合配制金属离子摩尔总浓度为1.0-3.0mol/L的盐的水溶液；步骤二，配制摩尔浓度为6-12mol/L的氢氧化钠水溶液；步骤三，配制摩尔浓度为4-12mol/L的氨水溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏玲，王瑞庆，蔡碧博，张磊，司豪杰，
申请(专利权)人：新乡天力锂能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41