高镍三元正极材料前驱体、高镍三元正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了高镍三元正极材料前驱体、高镍三元正极材料及其制备方法。其中，制备高镍三元正极材料的前驱体方法包括：(1)向第一反应底液中加入镍钴盐溶液、第一沉淀剂和第二沉淀剂进行第一合成反应，得到镍钴二元前驱体；(2)将镍钴二元前驱体加入到第二反应底液中，向反应体系中通入压缩空气，进行预氧化处理，预氧化处理完成后，向反应体系中加入锰盐溶液和第二沉淀剂，进行第二合成反应，得到锰盐包覆的高镍三元正极材料前驱体。该方法通过两段合成反应制备得到高镍三元正极材料前驱体，全程不需要提供保护性气氛，方法简单、加工成本低，且制备得到的前驱体便于烧成制得高镍三元正极材料，产品性能不劣于常规方法制备得到的高镍三元正极材料。

【技术实现步骤摘要】
高镍三元正极材料前驱体、高镍三元正极材料及其制备方法
本专利技术涉及电极材料
，具体而言，本专利技术涉及高镍三元正极材料前驱体、高镍三元正极材料及其制备方法。
技术介绍
随着新能源产业的兴起，新能源产业链对原材料方面越来越重视，锂离子电池材料技术更新较快，高品质的三元前驱体及正极材料的开发一直是新能源材料的热点。而为了进一步提高材料的能量密度，市场普遍有研发中高镍正极材料的趋势，高镍三元前驱体及其正极材料的研究相对比较多，但目前报道的高镍材料都是采用共沉淀法制备得到。该方法需要持续向反应体系中通入保护气氛，来实现三元共沉淀。现有高镍材料一般在合成反应全过程中都需要保持体系为还原氛围，不断通入抗氧化气氛，对通气量及设备的密封性等有较高的要求，稍有不慎就会产出不合格品，增加了稳定连续生产难度。综上所述，现有的制备高镍三元正极材料前驱体、高镍三元正极材料的方法仍有待改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出制备高镍三元正极材料前驱体、高镍三元正极材料的方法，以及由相应方法制备得到的高镍三元正极材料前驱体、高镍三元正极材料。其中，制备高镍三元正极材料前驱体的方法通过两段合成反应制备得到高镍三元正极材料前驱体，全程不需要提供保护性气氛，方法简单、加工成本低，且制备得到的前驱体便于烧成制得高镍三元正极材料，产品性能不劣于常规方法制备得到的高镍三元正极材料。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制备高镍三元正极材料前驱体的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：(1)向第一反应底液中加入镍钴盐溶液、第一沉淀剂和第二沉淀剂进行第一合成反应，得到镍钴二元前驱体；(2)将所述镍钴二元前驱体加入到第二反应底液中，向反应体系中通入压缩空气，进行预氧化处理，所述预氧化处理完成后，向反应体系中加入锰盐溶液和所述第二沉淀剂，进行第二合成反应，使锰盐包覆在所述镍钴二元前驱体的至少部分表面，得到所述高镍三元正极材料前驱体。根据本专利技术实施例的制备高镍三元正极材料前驱体的方法，首先利用镍钴盐溶液通过共沉淀反应合成得到镍钴二元前驱体，该步反应在空气环境中即可完成，无需提供保护性气氛或对反应体系进行抗氧化处理。后续，将镍钴二元前驱体从第一反应底液中分离，将镍钴二元前驱体湿料作为晶核加入至第二反应底液中，利用压缩空气对其进行预氧化处理。通过预氧化处理，既可以在镍钴二元前驱体的表面形成氧化层，又可以使材料结构略变疏松，为锰盐提供良好的包覆环境。预氧化处理完成后，向加入锰盐溶液和第二沉淀剂，进行第二合成反应，可在引入锰离子的同时，使锰盐在镍钴二元前驱体的表面形成包覆层。该锰盐包覆层可在高镍三元正极材料的烧锂过程中形成锰氧化物层，对材料起到一定的包覆效果，改善材料的接触稳定性。综上所述，该制备高镍三元正极材料前驱体的方法通过两段合成反应制备得到高镍三元正极材料前驱体，全程不需要提供保护性气氛，方法简单、加工成本低，且制备得到的前驱体便于烧成制得高镍三元正极材料，产品性能不劣于常规方法制备得到的高镍三元正极材料。另外，根据本专利技术上述实施例的制备高镍三元正极材料前驱体的方法还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，所述镍钴盐溶液中，镍盐、钴盐的总浓度为0.5～1.0mol/L。在本专利技术的一些实施例中，所述第一沉淀剂为浓度为5～10mol/L的氢氧化钠溶液。在本专利技术的一些实施例中，所述第二沉淀剂为浓度为8～12mol/L的氨水溶液。在本专利技术的一些实施例中，所述锰盐溶液的浓度为0.5～1.0mol/L。在本专利技术的一些实施例中，所述第一合成反应的反应条件包括：搅拌转速为600～1000rpm，反应温度为50～70℃，反应体系的pH值为10.0～12.0，反应体系中固含量为100～300g/L，反应时间为5～60h。在本专利技术的一些实施例中，步骤(2)中，所述镍钴二元前驱体的水分含量为15～20％。在本专利技术的一些实施例中，所述预氧化处理中，压缩空气的流量为80～100L/h，处理时间为10～20min。在本专利技术的一些实施例中，所述第二合成反应的反应条件包括：反应时间为2～6h，反应体系的pH值为8.0～10.0。在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种高镍三元正极材料前驱体。根据本专利技术的实施例，该高镍三元正极材料前驱体是由上述实施例的制备高镍三元正极材料前驱体的方法制备得到的。由此，该高镍三元正极材料前驱体的加工成本低廉、简单可控，且便于烧成得到高镍三元正极材料，产品性能不劣于常规方法制备得到的高镍三元正极材料。另外，根据本专利技术上述实施例的高镍三元正极材料前驱体还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，所述高镍三元正极材料前驱体具有式(I)所示的组成，NiXCoY(OH)2(X+Y)·Mn1-X-YO2(1-X-Y)(I)式(1)中，70％<X<92％，1％<Y<15％。在本专利技术的再一方面，本专利技术提出了一种制备高镍三元正极材料的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：将高镍三元正极材料前驱体与锂源混合并进行烧结处理，得到所述高镍三元正极材料；其中，所述高镍三元正极材料前驱体为上述实施例的制备高镍三元正极材料前驱体的方法制备得到的高镍三元正极材料前驱体，或者上述实施例的高镍三元正极材料前驱体。另外，根据本专利技术上述实施例的制备高镍三元正极材料的方法还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，所述高镍三元正极材料前驱体与所述锂源的摩尔比为1:(1.02～1.08)。在本专利技术的一些实施例中，所述烧结处理包括第一烧结处理和第二烧结处理，所述第一烧结处理在700～950℃下进行8～20h，所述第二烧结处理在550～650℃下进行6～12h。在本专利技术的再一方面，本专利技术提出了一种高镍三元正极材料。根据本专利技术的实施例，该高镍三元正极材料是由上述实施例的制备高镍三元正极材料的方法制备得到的。由此，该高镍三元正极材料的加工成本低廉、简单可控，且具有优秀的电化学性能。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术一个实施例的制备高镍三元正极材料前驱体的方法流程示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备高镍三元正极材料前驱体的方法，其特征在于，包括：/n(1)向第一反应底液中加入镍钴盐溶液、第一沉淀剂和第二沉淀剂进行第一合成反应，得到镍钴二元前驱体；/n(2)将所述镍钴二元前驱体加入到第二反应底液中，向反应体系中通入压缩空气，进行预氧化处理，所述预氧化处理完成后，向反应体系中加入锰盐溶液和所述第二沉淀剂，进行第二合成反应，使锰盐包覆在所述镍钴二元前驱体的至少部分表面，得到所述高镍三元正极材料前驱体。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备高镍三元正极材料前驱体的方法，其特征在于，包括：
(1)向第一反应底液中加入镍钴盐溶液、第一沉淀剂和第二沉淀剂进行第一合成反应，得到镍钴二元前驱体；
(2)将所述镍钴二元前驱体加入到第二反应底液中，向反应体系中通入压缩空气，进行预氧化处理，所述预氧化处理完成后，向反应体系中加入锰盐溶液和所述第二沉淀剂，进行第二合成反应，使锰盐包覆在所述镍钴二元前驱体的至少部分表面，得到所述高镍三元正极材料前驱体。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镍钴盐溶液中，镍盐、钴盐的总浓度为0.5～1.0mol/L；
任选地，所述第一沉淀剂为浓度为5～10mol/L的氢氧化钠溶液；
任选地，所述第二沉淀剂为浓度为8～12mol/L的氨水溶液；
任选地，所述锰盐溶液的浓度为0.5～1.0mol/L。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一合成反应的反应条件包括：搅拌转速为600～1000rpm，反应温度为50～70℃，反应体系的pH值为10.0～12.0，反应体系中固含量为100～300g/L，反应时间为5～60h；。
任选地，步骤(2)中，所述镍钴二元前驱体的水分含量为15～20％。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预氧化处理中，压缩空气的流量为80～100L/h，处理时间为10～20min。


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【专利技术属性】
技术研发人员：万江涛，任海朋，张勇杰，张宁，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32