一种高镍四元锂离子电池正极前驱体材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高镍四元锂离子电池正极前驱体材料的制备方法，属于锂离子电池制备技术领域。本发明专利技术的一种高镍四元锂离子电池正极前驱体材料的制备方法，是对NCM材料进行少量Al掺杂从而获得高镍四元锂离子电池正极材料前驱体，工艺简单，成本较低，所得高镍四元锂离子电池正极材料前驱体球形度高，比表面积大，松装大。

【技术实现步骤摘要】
一种高镍四元锂离子电池正极前驱体材料的制备方法
本专利技术属于锂离子电池制备
，涉及一种高镍四元锂离子电池正极前驱体材料的制备方法。
技术介绍
锂离子电池被广泛的用于各种能源使用设备，正极材料是影响锂离子电池性能的关键组成部分之一，历年来有不少商用正极材料相继问世，但这些材料的缺陷也相对较为明显，橄榄石型的LiFePO4振实密度低，尖晶石型的LiMnO4高温衰退，层状结构的LiCoO2毒性大且Co价昂贵储量稀少。随后科学家们发现了性能优异的层状结构材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，后来相继开发出LiNi0.5Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2和LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2。然而，随着电动汽车的发展，动力电池需要的能量密度也逐渐的提高，逐渐开发出了NCA正极材料，NCA材料在能量密度与能量衰减上优于NCM材料且成本更低但NCM材料循环寿命长。如果将两种电池的优势结合在一起，并克服两种材料的劣势，是否能创造出一种性质更加优异且稳定的材料，事实上这种材料是存在的，2016年韩国汉阳大学的Un-HyuckKim、ChongS.Yoon和Yang-KookSun就提出了在NCM材料中掺入部分Al元素来抑制阳离子混排和岩盐结构等杂相的生成，减少了晶界破碎，从而显著提升了材料的循环寿命，在100％DOD循环3000次后仍然能够保持84％的初始容量。锂离子正极材料的物化性能跟正极材料前驱体密切相关，目前国内主要为NCA正极材料与NCM正极材料，这两类材料都有各自的优点跟缺陷，这些主要都是前驱体影响的，因此制备出能结合两类材料优点的前驱体材料尤为重要。
技术实现思路
基于上述存在的问题，本专利技术提供了一种高镍四元锂离子电池正极前驱体材料的制备方法，是对NCM材料进行少量Al掺杂从而获得高镍四元锂离子电池正极材料前驱体，工艺简单，成本较低，所得高镍四元锂离子电池正极材料前驱体球形度高，比表面积大，松装大。本专利技术解决其技术问题的解决方案是：一种高镍四元锂离子电池正极前驱体材料的制备方法，包括下列步骤：S1.将可溶性镍、钴、锰盐混合，制备成混合盐溶液；S2.将铝盐与碱金属氢氧化物混合，制备成碱铝溶液；S3.在氮气气氛下，向纯水中加入络合剂成络合剂溶液，再加入碱金属氢氧化物调节络合剂溶液pH为碱性；随后将混合盐溶液、碱铝溶液同时通入并搅拌进行恒温共沉淀反应；S4.所述共沉淀反应的产物粒度达标后，对产物进行固液分离、陈化、洗涤、干燥、筛分、除磁，得高镍四元锂离子电池正极前驱体材料。进一步地，所述高镍四元锂离子电池正极材料前驱体的化学式为NixCoyMnzAlw(OH)2，其中，x+y+z+w＝1，1≧x≧0.6，0.5≧y≧0，0.5≧z≧0，0.5≧w≧0。进一步地，所述S1中所述可溶性镍盐为硫酸镍、硝酸镍、氯化镍中的至少一种；所述可溶性钴盐为硫酸钴、硝酸钴、氯化钴中的至少一种；所述可溶性锰盐为硫酸锰、硝酸锰、氯化锰中的至少一种；所述混合盐溶液中金属离子浓度为0.5-3.0mol/L。进一步地，所述S2中所述铝盐为硫酸铝、氯化铝中的至少一种；所述碱铝溶液中铝离子的浓度为0.09-0.11mol/L。进一步地，所述碱金属氢氧化物为氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。进一步地，所述S3中纯水的温度为45-60℃；所述络合剂为EDTA、柠檬酸、碳酸氢氨、碳酸氨、氨水中的至少一种；所述络合剂溶液浓度为5-15mol/L；所述pH为10-12。进一步地，所述S3中所述混合盐溶液的通入流速为10-30L/h；碱铝溶液的通入流速为V0＝2V1C1/98C0，其中，C0为碱铝溶液中铝离子浓度，V1为混合盐溶液的通入流速，C1为混合盐溶液中金属离子浓度；所述搅拌速率为300-1100r/min。进一步地，所述S4中用去离子水洗涤后洗水电导率小于50μs/cm，干燥后水分小于0.5Wt％，除磁后磁性异物小于100ppb；所述粒度达标的要求：D50为3-15μm。进一步地，所述高镍四元锂离子电池正极材料前驱体呈球形或类球形，松装密度≥1.2g/cm3，振实密度≥1.7g/cm3。本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种高镍四元锂离子电池正极前驱体材料的制备方法，是对NCM材料进行少量Al掺杂从而获得高镍四元锂离子电池正极材料前驱体，工艺简单，成本较低，所得高镍四元锂离子电池正极材料前驱体球形度高，比表面积大，松装大。附图说明图1为本专利技术Ni0.91Co0.05Mn0.02Al0.02(OH)2前驱体14.5μm电镜图；图2为本专利技术Ni0.91Co0.05Mn0.02Al0.02(OH)2前驱体14.5μm粒度图；图3为本专利技术Ni0.91Co0.05Mn0.02Al0.02(OH)2前驱体3.8μm电镜图；图4为本专利技术Ni0.91Co0.05Mn0.02Al0.02(OH)2前驱体3.8μm粒度图；图5为本专利技术Ni0.88Co0.06Mn0.03Al0.03(OH)2前驱体14μm电镜图；图6为本专利技术Ni0.88Co0.06Mn0.03Al0.03(OH)2前驱体14μm粒度图；图7为本专利技术Ni0.88Co0.06Mn0.03Al0.03(OH)2前驱体3.8μm电镜图；图8为本专利技术Ni0.88Co0.06Mn0.03Al0.03(OH)2前驱体3.8μm粒度图。具体实施方式以下将结合实施例对本申请的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本申请的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本申请的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本申请的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本申请保护的范围。实施例1制备粒度D50为14.5μm的Ni0.91Co0.05Mn0.02Al0.02(OH)2：S1.NiSO4·6H2O，CoSO4·7H2O，MnSO4·H2O按照摩尔比91：5：2的比例配置成金属离子浓度为1.6mol/L的混合盐溶液；S2.配置浓度为5mol/L的NaOH溶液，在5mol/L的NaOH溶液中加入Al2(SO4)3·18H2O配置成铝离子浓度为0.1mol/L的碱铝溶液；S3.配置浓度为9mol/L的氨水溶液；向500L反应釜内通入6m3/H氮气作为保护气体，再注入纯水至溢流口，在温度为55℃下开起搅拌，搅拌转速为1100r/min；用计量泵通入5mol/L的NaOH溶液调节pH至11.50，然后分别同时用计量泵通入流速为25L/H的混合盐溶液、8L/H的碱铝溶液、调节氨水流量使整个反应过程中氨值控制在4g/L。pH的稳定受自控系统控制pH降低时将自动开启计量泵以1-10L/H的速率通入5mol/LNaOH溶液，慢慢控制pH降低使粒度稳定增长，粒度达到4μm开始降转速至1000r/min本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高镍四元锂离子电池正极前驱体材料的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：/nS1.将可溶性镍、钴、锰盐混合，制备成混合盐溶液；/nS2.将铝盐与碱金属氢氧化物混合，制备成碱铝溶液；/nS3.在氮气气氛下，向纯水中加入络合剂成络合剂溶液，再加入碱金属氢氧化物调节络合剂溶液pH为碱性；随后将混合盐溶液、碱铝溶液同时通入并搅拌进行恒温共沉淀反应；/nS4.所述共沉淀反应的产物粒度达标后，对产物进行固液分离、陈化、洗涤、干燥、筛分、除磁，得高镍四元锂离子电池正极前驱体材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种高镍四元锂离子电池正极前驱体材料的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
S1.将可溶性镍、钴、锰盐混合，制备成混合盐溶液；
S2.将铝盐与碱金属氢氧化物混合，制备成碱铝溶液；
S3.在氮气气氛下，向纯水中加入络合剂成络合剂溶液，再加入碱金属氢氧化物调节络合剂溶液pH为碱性；随后将混合盐溶液、碱铝溶液同时通入并搅拌进行恒温共沉淀反应；
S4.所述共沉淀反应的产物粒度达标后，对产物进行固液分离、陈化、洗涤、干燥、筛分、除磁，得高镍四元锂离子电池正极前驱体材料。


2.如权利要求1所述的一种高镍四元锂离子电池正极前驱体材料的制备方法，其特征在于，所述高镍四元锂离子电池正极材料前驱体的化学式为NixCoyMnzAlw(OH)2，其中，x+y+z+w＝1，1≧x≧0.6，0.5≧y≧0，0.5≧z≧0，0.5≧w≧0。


3.如权利要求1所述的一种高镍四元锂离子电池正极前驱体材料的制备方法，其特征在于，所述S1中所述可溶性镍盐为硫酸镍、硝酸镍、氯化镍中的至少一种；所述可溶性钴盐为硫酸钴、硝酸钴、氯化钴中的至少一种；所述可溶性锰盐为硫酸锰、硝酸锰、氯化锰中的至少一种；所述混合盐溶液中金属离子浓度为0.5-3.0mol/L。


4.如权利要求1所述的一种高镍四元锂离子电池正极前驱体材料的制备方法，其特征在于，所述S2中所述铝盐为硫酸铝、氯化铝中的至少一种；所述碱铝溶液中铝离子的浓度为0....

【专利技术属性】
技术研发人员：余凡，吉同棕，吴海军，钱志挺，毛秦钟，王寅峰，沈家成，吴有志，许益伟，
申请(专利权)人：浙江美都海创锂电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33