一种高镍单晶正极材料及其前驱体、以及前驱体的制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池材料技术领域，具体公开了一种高镍单晶正极材料的前驱体的制备方法。通过控制各反应溶液的通入流量满足如下公式：106<<153，其中，A

【技术实现步骤摘要】
一种高镍单晶正极材料及其前驱体、以及前驱体的制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池材料
，尤其涉及一种高镍单晶正极材料以及其前驱体、以及前驱体的制备方法。

技术介绍

[0002]前驱体直接决定正极材料的核心理化性能，是生产正极材料的关键。而影响前驱体性能的关键是前驱体中各金属元素的比例。三元前驱体中，镍、钴、锰元素比例按照镍元素从低到高可以分为NCM111、NCM442、NCM523、NCM622、NCM811等。高镍三元材料，具有理论高能量密度，是现阶段三元材料开发的重点。此外，三元材料的单晶化也是重要的发展趋势。
[0003]公开号为CN112158889A的专利文献公开了一种单晶无钴富锂锰基二元材料前驱体量产方法，生产过程中严格控制搅拌速度、温度以及各原料的进料流量，并加入还原剂防止Mn的氧化。该方法工艺过程复杂，参数难以控制。
[0004]公开号为CN112768682A的专利文献公开了一种板块状高镍单晶三元材料的制备方法，在合成前驱体的过程中额外加入了含有表面活性剂的助剂溶液，增加了原料成本。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种高镍单晶正极材料的前驱体的制备方法。本制备方法流程简单、成本低、产品品质稳定。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。
[0007]高镍单晶正极材料的前驱体的制备方法，该制备方法采用连续法，包括以下步骤：步骤（1），根据化学分子式Ni
x
Co<br/>y
Mn1‑
x
‑
y
(OH)2，配制镍钴锰混合盐溶液，其中0.5＜x＜0.8，0＜y≤0.1；配制络合剂溶液和沉淀剂溶液。
[0008]步骤（2），配制反应釜底液。
[0009]步骤（3），在反应釜底液中并流加入镍钴锰混合盐溶液、络合剂溶液和沉淀剂溶液，进行共沉淀反应。反应过程在氮气氛围下进行。
[0010]此步骤中，反应体系各溶液的流量满足如下公式：106&lt;&lt;153，其中，A
上清液碱度
为反应体系的上清液的碱度值，单位为g/L，通过酸碱滴定确定；V
盐
为镍钴锰混合盐溶液的流量，V
碱
为沉淀剂溶液的流量，V
氨
为络合剂溶液的流量，单位均为ml/min。
[0011]步骤（4），待反应体系的浆料粒度稳定后，料浆槽收集从反应釜溢流口溢流出的浆料，然后进行固液分离，对分离得到的固相进行陈化、洗涤、干燥、筛分处理，得到高镍单晶正极材料的前驱体。
[0012]进一步的，上述制备方法中，步骤（1）所述的镍钴锰混合盐溶液中总的金属离子的浓度为2
‑
3mol/L，所述的络合剂溶液的浓度为106
‑
114g/L。
[0013]进一步的，上述制备方法中，步骤（2）所述的反应釜底液为氢氧化钠和氨水的混合溶液。所述的反应釜底液的温度为55
‑
75℃，碱度为2g/l
‑
8g/l，pH值为11.0
‑
12.0。
[0014]进一步的，上述制备方法中，步骤（3）所述的共沉淀反应，反应温度为55～75℃，上清液碱度为2～8g/l，固体物质含量为80～160g/l，pH值为11.0～12.0，搅拌速率为200
‑
600r/min。
[0015]进一步的，上述制备方法中，步骤（4）所述的干燥工艺的参数为：干燥温度为110
‑
180℃，干燥时间为8h
‑
18h。
[0016]进一步的，上述制备方法得到的高镍单晶正极材料的前驱体的一次颗粒为平均厚度在200
‑
300nm范围内的长方形厚片状，一次颗粒叠加成类球形二次颗粒。
[0017]进一步的，所述的高镍单晶正极材料的前驱体的比表面积与振实密度之比SSA/TD &lt;5
×
104cm5/g2。SSA/TD&lt;5
×
104cm5/g2的前驱体煅烧后得到的正极材料粉体偏软，粉碎对设备的磨损小，微粉少，非常适合产业化生产。
[0018]此外，基于同样的专利技术构思，本专利技术提供一种高镍单晶正极材料，由前述制备方法制备得到的前驱体混锂煅烧得到。
[0019]在连续制备的过程中，当计算出的A≤106时，说明进料后反应釜内发生了络合反应消耗NH
3.
H20，因此开槽初期需要提供较大的氨水流量保证上清液的碱度稳定，当计算出的A≥153时，一次颗粒相对细而不均匀，将得不到一次颗粒为均匀的厚片叠加致密排布的形貌，因为特定范围内的值是形成均匀的厚片叠加致密排布的形貌的条件。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过控制各反应溶液的通入流量，制备得到高镍单晶正极材料的前驱体。该制备方法流程简单、可实现连续化高效生产、成本低，具有广泛的应用市场。
[0021]本专利技术制备的前驱体产品加工成单晶正极材料粉体偏软，粉碎对设备的磨损小，微粉少，其制备得到的正极材料具有高循环性能，且降低了钴的使用量，大大降低了生产成本。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例1制备得到的前驱体Ni
0.58
Co
0.07
Mn
0.35
(OH)2的高倍数下SEM图。
[0023]图2为本专利技术实施例1制备得到的前驱体Ni
0.58
Co
0.07
Mn
0.35
(OH)2的低倍数下SEM图。
[0024]图3为本专利技术实施例1制备得到的前驱体Ni
0.58
Co
0.07
Mn
0.35
(OH)2的XRD谱图。
[0025]图4为本专利技术实施例1制备得到的前驱体Ni
0.58
Co
0.07
Mn
0.35
(OH)2混锂烧结得到的单晶正极材料的SEM图。
[0026]图5为本专利技术实施例2制备得到的前驱体Ni
0.65
Co
0.07
Mn
0.28
(OH)2高倍数下的SEM图。
[0027]图6为本专利技术实施例2制备得到的前驱体Ni
0.65
Co
0.07
Mn
0.28
(OH)2低倍数下的SEM图。
[0028]图7为本专利技术实施例2制备得到的前驱体Ni
0.65
Co
0.07
Mn
0.28
(OH)2的XRD谱图。
[0029]图8为本专利技术实施例2制备得到的前驱体Ni
0.65
Co
0.07
Mn
0.28
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高镍单晶正极材料的前驱体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤（1），根据化学分子式Ni
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
(OH)2，配制镍钴锰混合盐溶液，其中0.5＜x＜0.8，0＜y≤0.1；配制络合剂溶液和沉淀剂溶液；步骤（2），配制反应釜底液；步骤（3），在反应釜底液中并流加入镍钴锰混合盐溶液、络合剂溶液和沉淀剂溶液进行共沉淀反应，且满足如下公式：106&lt;&lt;153，其中，A
上清液碱度
为反应体系的上清液的碱度值，单位为g/L，通过酸碱滴定确定；V
盐
为镍钴锰混合盐溶液的流量，V
碱
为沉淀剂溶液的流量，V
氨
为络合剂溶液的流量，单位均为ml/min；所述共沉淀反应在氮气氛围下进行；步骤（4），待反应体系的浆料粒度稳定后，料浆槽收集从反应釜溢流口溢流出的浆料，然后进行固液分离，对分离得到的固相进行陈化、洗涤、干燥、筛分处理，得到高镍单晶正极材料的前驱体。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的镍钴锰混合盐溶液中总的金属离子的浓度为2
‑
3mol/L，所述的络合剂溶液的浓度为106
‑
114...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉云，张海艳，胡志兵，刘庭杰，胡海诗，吴泽盈，刘凯，熊意球，刘宙，张娉婷，黎力，朱璟，苏帅，曾永详，何绪锋，周春仙，刘玮，
申请(专利权)人：湖南长远锂科新能源有限公司湖南长远锂科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：