一种镍钴锰三元前驱体及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种镍钴锰三元前驱体及其制备方法与应用，所述制备方法包括以下步骤：将镍钴锰可溶盐水溶液加入氢氧化钠溶液中混合并控制溶液PH值为10‑10.5；于微波消解仪中进行共沉淀反应，得到的固液混合物干燥后于马弗炉中进行退火，冷却后即得到目标镍钴锰三元前驱体。该镍钴锰三元前驱体的平均粒径为10‑50μm、比表面积为10‑20m

【技术实现步骤摘要】
一种镍钴锰三元前驱体及其制备方法与应用
本专利技术属于电池材料
，具体涉及一种镍钴锰三元前驱体及其制备方法与应用。
技术介绍
由于其高比容量和高比功率密度，锂离子电池被广泛用作便携式电子设备的主要电源装置。与具有实际比容量高、结构稳定性好以及成本低的特点的石墨负极相比，正极已经成为制约锂离子电池能量密度、循环寿命和安全性能提升的主要因素，因此寻找高容量、高倍率、长循环寿命的新型正极材料逐渐称为研究热点。镍钴锰三元正极材料因其相对较低的成本、高比容量和低毒性得到了一定的应用和发展。随着镍含量的提高，镍钴锰三元正极材料的比容量也逐渐增加，同时材料的循环稳定性、热稳定性和安全性能显著降低。所以，开发一种比容量高、循环稳定性、热稳定性和安全性能均较好的镍钴锰三元正极材料是极其重要的。而正极材料对前驱体具有继承性，因此，镍钴锰三元前驱体的形貌直接影响正极材料的性能好坏。目前，镍钴锰三元前驱体的制备一般采用共沉淀法。共沉淀法制备镍钴锰三元前驱体的效果好坏受到共沉淀反应液的PH值、反应温度及反应时间等多方面因素的共同影响。共沉淀反应液的PH值过低会导致前驱体产量下降，PH值过高不利于前驱体晶体的生长；一定反应时间内，前驱体的粒度与反应时间成正比，过长反应时间黑使前驱体粒度过大，对品质产生不良影响；反应温度对化学反应的反应速率有主要影响，但温度过高会造成前驱体氧化，因此需在不影响前驱体品质的前提下，提高化学反应速率。目前，尚无一种重复性好且操作简单的方法来解决上述问题，而且制得的产品稳定性差，从而使镍钴锰三元前驱体在工业上的应用受到了一定程度的限制；因此有必要提供一种操作简单、结构稳定的镍钴锰三元前驱体的制备方法。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种镍钴锰三元前驱体的制备方法，本专利技术的第二目的是提供一种镍钴锰三元前驱体；本专利技术的第三目的是提供一种镍钴锰酸锂三元材料的制备方法；本专利技术的第四目的是提供一种镍钴锰酸锂三元材料的应用。本专利技术的第一目的是这样实现的，一种镍钴锰三元前驱体的制备方法，包括以下步骤：1）配置氢氧化钠溶液和镍钴锰可溶盐水溶液；2）将所述镍钴锰可溶盐水溶液加入氢氧化钠溶液中混合均匀得到反应液，控制所述反应液的PH值为10-10.5；3）将所述反应液置于微波消解仪中进行共沉淀反应得到固液混合物；4）将所述固液混合物干燥得到镍钴锰氢氧化物，将所述镍钴锰氢氧化物置于马弗炉中进行退火，冷却后得到目标镍钴锰三元前驱体。本专利技术的第二目的是这样实现的，一种通过所述制备方法制备的镍钴锰三元前驱体，所述镍钴锰三元前驱体为高度团聚的球形颗粒，平均粒径为10-50μm、比表面积为10-20m2/g。本专利技术的第三目的是这样实现的，镍钴锰酸锂三元材料的制备方法如下：将所述镍钴锰三元前驱体与碳酸锂以1～1.05：1～1.1的摩尔比置于球磨罐中进行高速球磨得到混合物料，再将混合物料置于马弗炉中进行高温氧气烧结，之后随炉自然冷却至室温得到镍钴锰酸锂三元材料。本专利技术的第四目的是这样实现的，所述镍钴锰酸锂三元材料的应用是在制备锂离子电池正极材料中的应用。本专利技术以微波-共沉淀法制备镍钴锰三元前驱体，通过调控沉淀剂氢氧化钠的浓度、反应温度、反应时间以控制镍钴锰三元前驱体形貌。与现有技术比较，本专利技术具有以下优势：1）本专利技术仅采用氢氧化钠作为沉淀剂，不仅成本低廉，而且，镍、钴、锰在氢氧化钠溶液中沉淀均匀；反应过程中，采用微波消解仪加热反应液，加热均匀，反应温度稳定，升温快，提高了镍钴锰三元前驱体的成形性，有利于后续反应；2）本专利技术制备得到的镍钴锰三元前驱体为高度团聚的一次球形颗粒，结晶度良好，镍、钴、锰元素分布均匀；3）本专利技术制备得到的镍钴锰三元前驱体结构稳定，几乎无杂质，改善了高镍材料比容量提升的同时结构稳定性差的问题，提高了产物的安全性能；4）本专利技术方法操作简单，制备镍钴锰三元前驱体的时间仅需30-60min，较传统共沉淀工艺的6小时大幅缩短，提高了生产效率，节约了能源；5）本专利技术通过镍钴锰三元前驱体进一步制备得到的镍钴锰酸锂三元材料比表面积较大，结晶度较好，有利于电解液与活性物质的充分接触，增加了反应的活性位点。6）通过本专利技术镍钴锰酸锂三元材料制备的正极材料循环稳定性良好，克服了高镍材料稳定性差，放电能力差的缺点，极大改善了其电化学性能，有利于实现商业化应用。附图说明图1是实施例1镍钴锰三元前驱体扫描电镜图；图2是实施例1镍钴锰三元前驱体XRD图；图3是实施例1中镍钴锰三元前驱体扫描电镜EDS图，其中，从左至右分别为锰、镍、钴及样品表面各元素的分布图；图4是实施例1中镍钴锰酸锂三元材料扫描电镜图；图5是实施例1中镍钴锰酸锂三元材料比表面积图；图6是实施例1中镍钴锰酸锂三元材料粒度体积频度分布图；图7是实施例2中镍钴锰酸锂三元前驱体XRD图；图8是实施例3中镍钴锰酸锂三元前驱体XRD图；图9是实施例1-3中镍钴锰氢氧化物三元前驱体XRD图，其中，由上至下分别为实施例1、实施例2、实施例3的XRD图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的说明，但不以任何方式对本专利技术加以限制，基于本专利技术教导所作的任何变换或替换，均属于本专利技术的保护范围。本专利技术一种镍钴锰三元前驱体的制备方法，包括以下步骤：1）配置氢氧化钠溶液和镍钴锰可溶盐水溶液；2）将所述镍钴锰可溶盐水溶液加入氢氧化钠溶液中混合均匀得到反应液，控制所述反应液的PH值为10-10.5；3）将所述反应液置于微波消解仪中进行共沉淀反应得到固液混合物；4）将所述固液混合物干燥得到镍钴锰氢氧化物，将所述镍钴锰氢氧化物置于马弗炉中进行退火，冷却后得到目标镍钴锰三元前驱体。所述步骤1中，氢氧化钠的配置方法如下：将氢氧化钠加入至去离子水中以200-300r/min的速度混合搅拌10-15min；所述氢氧化钠溶液的浓度为0.15-0.25mol/L；所述镍钴锰可溶盐水溶液中镍、钴、锰离子的总浓度为0.08-0.12mol/L；所述镍钴锰可溶盐水溶液为硝酸钴、硝酸锰及硝酸镍的混合溶液；硝酸镍、硝酸钴及硝酸锰的摩尔比为5-6:2-3:2-3。所述步骤3中，所述共沉淀反应的时间为30～60min，反应温度为120～180℃。所述步骤4中，所述固液混合物于干燥箱内干燥，干燥温度为60～80℃，干燥时间为10～12h。所述步骤4中，所述镍钴锰氢氧化物于空气中在马弗温炉中进行煅烧，煅烧温度为250～300℃，升温速率为3～5℃/min，保温时间为1～3h。本专利技术一种镍钴锰三元前驱体，其为高度团聚的球形颗粒，平均粒径为10-50μm、比表面积为10-20m2/g。本专利技术一种镍钴锰酸锂三元材料的制备方法，是将所述镍钴锰三元前驱体与碳酸锂以1～1.05：1～1.1的摩尔比置于球磨罐中进行高速球磨得到混合物料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镍钴锰三元前驱体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1）配置一定浓度的氢氧化钠溶液和镍钴锰可溶盐水溶液；/n2）将所述镍钴锰可溶盐水溶液加入氢氧化钠溶液中混合均匀得到反应液，控制所述反应液的PH值为10-10.5；/n3）将所述反应液置于微波消解仪中进行共沉淀反应得到固液混合物；/n4）将所述固液混合物干燥得到镍钴锰氢氧化物，将所述镍钴锰氢氧化物置于马弗炉中进行退火，冷却后得到目标镍钴锰三元前驱体。/n

【技术特征摘要】
1.一种镍钴锰三元前驱体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）配置一定浓度的氢氧化钠溶液和镍钴锰可溶盐水溶液；
2）将所述镍钴锰可溶盐水溶液加入氢氧化钠溶液中混合均匀得到反应液，控制所述反应液的PH值为10-10.5；
3）将所述反应液置于微波消解仪中进行共沉淀反应得到固液混合物；
4）将所述固液混合物干燥得到镍钴锰氢氧化物，将所述镍钴锰氢氧化物置于马弗炉中进行退火，冷却后得到目标镍钴锰三元前驱体。


2.根据权利要求1所述镍钴锰三元前驱体的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.15-0.25mol/L。


3.根据权利要求1所述镍钴锰三元前驱体的制备方法，其特征在于，所述镍钴锰可溶盐水溶液中镍、钴、锰离子的总浓度为0.08-0.12mol/L；所述镍钴锰可溶盐水溶液为硝酸钴、硝酸锰及硝酸镍的混合溶液；硝酸镍、硝酸钴及硝酸锰的摩尔比为5-6:2-3:2-3。


4.根据权利要求1所述镍钴锰三元前驱体的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，所述共沉淀反应的时间为30～60min，反应温度为120～180℃。


5.根据权利要求1所述镍钴锰三元前驱体的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，所述固液...

【专利技术属性】
技术研发人员：巨少华，王淑一，
申请(专利权)人：昆明理工大学，宁波巨谷智能装备有限公司，
类型：发明
国别省市：云南;53