一种稳定粒度及粒度分布镍钴铝氢氧化物的制备方法技术

本发明专利技术提供一种稳定粒度及粒度分布镍钴铝氢氧化物的制备方法，制备方法以D50(样品的累计粒度的体积分布百分数达到50％时所对应的粒径)为控制目标，通过实验数据找到成核和晶体长大的临界PH值或临界的上清液Ni

A Method for Preparing Nickel-Cobalt-Aluminum Hydroxide with Stable Particle Size and Particle Size Distribution

The invention provides a preparation method of nickel-cobalt-aluminium hydroxide with stable particle size and particle size distribution. The preparation method takes D50 (the particle size corresponding to the volume distribution percentage of the cumulative particle size of the sample reaches 50%) as the control target, and finds the critical PH value of nucleation and crystal growth or the critical supernatant Ni through experimental data.

【技术实现步骤摘要】
一种稳定粒度及粒度分布镍钴铝氢氧化物的制备方法
本专利技术涉及镍钴铝氢氧化物制备领域，特别是一种稳定粒度及粒度分布镍钴铝氢氧化物的制备方法。
技术介绍
随着锂离子电池能量密度的提升，高镍正极成为了一种极其热门的锂离子电池正极材料，由于其具有高容量的特性，非常适用于高能量密度的的动力电池上。国内外很多电芯厂都已经开始应用高镍正极材料，并且应用于热门的电动汽车上，特斯拉汽车上使用的是镍钴铝正极材料。根据目前的研究现状，采用Co和Al掺杂的高镍系正极材料具有以下两种优势：第一这种材料采用较为少量的Co，其在一定程度上克服了Co资源不足及其价格波动的缺陷；第二Al的加入能提高正极材料的稳定性，Al和Co的掺杂能一定程度上改善高镍系正极材料结构不稳定性的缺陷。Ni，Co，Al三种元素的协同作用，使得材料具有放电容量高，循环稳定的优势，是种很热门的高镍系正极材料。镍钴铝正极材料粒度及粒度分布的稳定性对电芯性能的一致性非常重要，而镍钴铝正极材料通常采用的前驱体原材料为镍钴铝氢氧化物，而镍钴铝氢氧化物的粒度及粒度分布会被镍钴铝正极材料继承下来。综上所述制备出稳定粒度及粒度分布的镍钴铝氢氧化物直接影响了镍钴铝正极材料的稳定性，继而影响电芯性能的一致性。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点，本专利技术的目的是提供一种稳定粒度及粒度分布镍钴铝氢氧化物的制备方法，通过此方法可制备出粒度稳定定及粒度分布稳定的镍钴铝氢氧化物，对于提高正极材料的稳定性及电芯性能的一致性非常重要。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种稳定粒度及粒度分布镍钴铝氢氧化物的制备方法，包括以下步骤：⑴将镍盐和钴盐溶于去离子水中，制得镍钴混合液；⑵将偏铝酸钠溶于氢氧化钠溶液中，制得铝溶液；⑶将镍钴混合液、铝溶液、及所需的络合剂和沉淀剂加入到反应釜中，进行搅拌，通过共沉淀反应生成镍钴铝氢氧化物颗粒；(4)当粒度D50(即样品的累计粒度的体积分布百分数达到50％时所对应的粒径)达到目标粒度时，且粒度呈现上升趋势时，加大氢氧化钠流量的注入，提升PH，促进更多晶核的产生，从而阻止颗粒长大。当粒度D50达到目标时，且粒度呈现下降趋势时，减小氢氧化钠流量的注入，降低PH，降低晶核的生成率，促使颗粒长大。作为本专利技术的进一步改进：采用步骤⑸来代替步骤⑷，所述步骤⑸包括：(5)以D50为控制目标，找到成核和晶体长大的临界PH值为B1，以B1为控制中心值，动态调控PH在(B1-X，B1，B1+X)这三者之间动态波动，其中0.1≤X≤0.5，PH的调控通过调整沉淀剂的注入量来实现。作为本专利技术的进一步改进：采用步骤(6)来代替步骤⑷，所述步骤(6)包括：(6)以D50为控制目标，找到成核和晶体长大的临界上清液Ni2+残余浓度(即溶液中未沉淀完全的Ni2+)的范围为C～Dppm，以C～Dppm为中心，动态调控Ni2+残余浓度在(＜C，C～D，＞D)这三个范围内动态波动，Ni2+残余浓度的调控通过调整沉淀剂的注入量来实现。所述的镍钴铝氢氧化物的化学通式为Ni1-a-cCoaAlc(OH)2+c(0.05≤a≤0.20,0.01≤c≤0.10)。作为本专利技术的进一步改进：所述步骤⑴中，所述镍盐为镍氯化盐、镍硝酸盐或镍硫酸盐中的一种，所述钴盐为钴氯化盐、钴硝酸盐或钴硫酸盐中的一种，且镍、钴金属离子的总浓度在1-2mol/L。作为本专利技术的进一步改进：所述步骤⑵中，所述铝溶液的Al3+的浓度在0.05-0.5mol/L,所述氢氧化钠溶液浓度在1-2mol/L。作为本专利技术的进一步改进：所述步骤⑶中，所述沉淀剂为氢氧化钠、碳酸钠或碳酸氢钠中的一种，浓度在2-10mol/L。作为本专利技术的进一步改进：所述步骤⑶中，所述络合剂为氨水、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠或甘氨酸中的一种，浓度在3-15mol/L。作为本专利技术的进一步改进：所述步骤⑶中，反应釜的PH控制在10.5-12.5。作为本专利技术的进一步改进：所述步骤⑶中，反应釜的温度控制在30-70℃，反应釜的搅拌速度在200-500rad/min。作为本专利技术的进一步改进：临界PH值通过粒度波动的实验数据确认，例如PH在11.20-11.29粒度呈现长大的过程，PH在11.31-11.40之间粒度呈现下降的过程，临界的PH值就确认为11.30，PH的变化通过沉淀剂注入量调控。作为本专利技术的进一步改进：临界上清液Ni2+残余浓度范围通过粒度波动的实验数据确认，例如Ni2+残余浓度在150ppm以上时候，粒度呈现长大，而Ni2+残余浓度在小于70ppm时候，粒度呈现减小，临界的上清液Ni2+残余浓度范围就确认为70-150ppm，Ni2+残余浓度的变化通过沉淀剂的注入量调控。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：镍钴铝氢氧化物的稳定性是决定了正极材料的稳定性决定性因素；而正极材料的稳定性又是电芯一致性的关键性因素。本专利技术提供了一种稳定粒度及粒度分布镍钴铝氢氧化物的制备方法，大大提高了镍钴铝氢氧化物制备过程中和最终成品的一致性，从而改善正极材料的稳定性，进而提高电芯性能的一致性。附图说明图1为表1。图2为表2。图3为表3。图4为表4。图5为对比例与实施例综合成品SEM对比图。图6为对比例与实施例粒度的波动对比图。图7为对比例与实施例粒度分布的波动对比图。具体实施方式现结合附图说明与实施例对本专利技术进一步说明：本专利技术案例中均制备镍钴铝氢氧化物Ni0.92Co0.05Al0.03(OH)2.03，颗粒的粒度D50大小为10.5μm。制备方法包括以下步骤：⑴将镍盐和钴盐溶于去离子水中，制得镍钴混合液；镍钴混合液中的镍和钴总浓度为2mol/L。⑵将偏铝酸钠溶于2mol/L氢氧化钠溶液中，制得铝溶液；铝溶液中的铝浓度为0.1mol/L。⑶将镍钴混合液、铝溶液、及所需的络合剂和沉淀剂加入到反应釜中，进行搅拌，通过共沉淀反应生成镍钴铝氢氧化物颗粒；沉淀剂采用浓度为7.5mol/L的氢氧化钠溶液；络合剂使用浓度为10mol/L的氨水溶液；反应釜的体积为5m3，采用双层推进式搅拌，搅拌转速为200r/min；反应釜控制反应过程温度为55℃，反应釜中的反应液中氨浓度为11g/L；反应釜中的反应液PH控制在10.5-12.5。⑷通过一段时间的共沉淀反应，通过实验数据的规律，找到PH临界值大概为11.28，临界Ni2+的浓度为40-100ppm。对比例1⑸采用传统的控制方法，当粒度D50达到10.5μm左右，且粒度呈现上升趋势时，加大氢氧化钠流量的注入，提升PH值到11.28以上，促进更多晶核的产生，从而阻止颗粒长大。⑹当粒度D50达到10.5μm左右，且粒度呈现下降趋势时，减小氢氧化钠流量的注入，使得PH值降到11.28以下，降低晶核的生成率，促使颗粒长大。每隔4小时对反应釜内生成的镍钴铝氢氧化物Ni0.92Co0.05Al0.03(OH)2.03颗粒采样一次，共采集5天的数据。参考图1，表1为对比例粒度波动及粒度分布的波动数据表。实施例1(5)采用动态PH的控制方法，当粒度D50达到10.5μm左右，且粒度呈现长大趋势时，把PH值调整到11.30，稳定60min后，PH调整到11.28，稳定60min，PH值调整到11.26，稳定60min，以此循环；(6)当粒度D50达到1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稳定粒度及粒度分布镍钴铝氢氧化物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：⑴将镍盐和钴盐溶于去离子水中，制得镍钴混合液；⑵将偏铝酸钠溶于氢氧化钠溶液中，制得铝溶液；⑶将镍钴混合液、铝溶液、及所需的络合剂和沉淀剂加入到反应釜中，进行搅拌，通过共沉淀反应生成镍钴铝氢氧化物颗粒；(4)当粒度D50(即样品的累计粒度的体积分布百分数达到50％时所对应的粒径)达到控制目标时，且粒度呈现上升趋势时，加大沉淀剂流量的注入，提升PH，促进更多晶核的产生，从而阻止颗粒长大。当粒度D50达到控制目标时，且粒度呈现下降趋势时，减小沉淀剂流量的注入，降低PH，降低晶核的生成率，促使颗粒长大。

【技术特征摘要】
1.一种稳定粒度及粒度分布镍钴铝氢氧化物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：⑴将镍盐和钴盐溶于去离子水中，制得镍钴混合液；⑵将偏铝酸钠溶于氢氧化钠溶液中，制得铝溶液；⑶将镍钴混合液、铝溶液、及所需的络合剂和沉淀剂加入到反应釜中，进行搅拌，通过共沉淀反应生成镍钴铝氢氧化物颗粒；(4)当粒度D50(即样品的累计粒度的体积分布百分数达到50％时所对应的粒径)达到控制目标时，且粒度呈现上升趋势时，加大沉淀剂流量的注入，提升PH，促进更多晶核的产生，从而阻止颗粒长大。当粒度D50达到控制目标时，且粒度呈现下降趋势时，减小沉淀剂流量的注入，降低PH，降低晶核的生成率，促使颗粒长大。2.一种稳定粒度及粒度分布镍钴铝氢氧化物的制备方法，其特征在于：采用步骤⑸来代替步骤⑷，所述步骤⑸包括：(5)以D50(即样品的累计粒度的体积分布百分数达到50％时所对应的粒径)为控制目标，找到成核和晶体长大的临界PH值为B1，以B1为控制中心值，动态调控PH在(B1-X，B1，B1+X)这三者之间动态波动，其中0.1≤X≤0.5，PH的调控通过调整沉淀剂的注入量来实现。3.一种稳定粒度及粒度分布镍钴铝氢氧化物的制备方法，其特征在于：采用步骤(6)来代替步骤⑷，所述步骤(6)包括：(6)以D50(即样品的累计粒度的体积分布百分数达到50％时所对应的粒径)为控制目标，找到成核和晶体长大的临界上清液Ni2+残余浓度(即溶液中未沉淀完全的Ni2+)的范围为C～Dppm，以C～Dppm为中心，动态调控Ni2+残余浓度在(＜C，C～D，＞D)这三个范围内动态波动，Ni2+残余浓度的调控通过调整沉淀剂的注入量来...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴黎明，潘刚平，刘桥，
申请(专利权)人：广东迈纳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44