一种Al、Zr掺杂的高比表面积无钴前驱体的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Al、Zr掺杂的高比表面积无钴前驱体的制备方法，包括以下步骤：将可溶性镍盐与可溶性锰盐配制成镍锰金属盐溶液；将可溶性锆盐加入到镍锰金属盐溶液中，配制成含锆的镍锰金属盐溶液；配制铝含量为5g/L

【技术实现步骤摘要】
一种Al、Zr掺杂的高比表面积无钴前驱体的制备方法


[0001]本专利技术属于新能源电池材料前驱体合成领域，具体涉及一种Al、Zr掺杂的高比表面积无钴前驱体的制备方法。

技术介绍

[0002]随着新能源汽车的发展，近年来三元材料的研究越来越深，三元材料朝着高镍化和无钴化发展，三元材料中Co能抑制Li、Ni混排，改善倍率性能和循环性能，Co的存在有利于增强晶体材料结构稳定性和热安全性能，然而Co全球储量相对较少，价格昂贵，容易受地缘政治影响，因此研究无钴前驱体具有十分重要的意义。
[0003]由于没有Co的存在，电池材料的阻抗性会增加，倍率性能、循环性能和稳定性都会随之降低。比表面积大的材料与电解液的接触面积大，锂离子的扩散路径变短，有利于锂离子在电池材料的嵌脱，提高材料倍率性能。通过掺入一些其它元素能改善材料的循环性和稳定性。因此提高上游前驱体材料的比表面积和掺入一些其它元素有利于解决缺钴带来的缺陷。现有技术中采用掺杂技术制得的无钴前驱体材料对于比表面积问题少有提到，合成过程中氨浓度高，生产过程中氨水用量大，不利于环保。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的问题，本专利技术提供一种完全无钴化、能够降低原料成本、氨水用量少、环保易控、适合量产的Al、Zr掺杂的高比表面积无钴前驱体的制备方法。
[0005]本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种Al、Zr掺杂的高比表面积无钴前驱体的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
[0007](1)将可溶性镍盐与可溶性锰盐按照摩尔比为Ni:Mn＝x1:y1配制成镍锰金属盐溶液，其中，0.60≤x1≤0.85，0.10≤y1≤0.35，x1+y1<1，镍锰金属盐溶液的浓度为20g/L
‑
120g/L；
[0008](2)将可溶性锆盐加入到镍锰金属盐溶液中，配制成含锆的镍锰金属盐溶液，含锆的镍锰金属盐溶液中锆含量为1000ppm
‑
10000ppm；
[0009](3)配制浓度为5g/L
‑
70g/L的偏铝酸钠溶液；
[0010](4)向反应釜中加入纯水、氨水、液碱配制成底液，向底液中通入氮气，将反应釜开启搅拌，将含锆的镍锰金属盐溶液、偏铝酸钠溶液、液碱、氨水同时加入到反应釜中进行反应，得到结构式为Ni
x
Mn
y
Al
m
Zr
n
(OH)2的前驱体材料，其中x+y+m+n＝1，0.60≤x≤0.85，0.10≤y≤0.35，0.005≤m≤0.05，0.001≤n≤0.01；
[0011](5)将物料排入陈化槽，经过洗涤、除杂、脱水、烘干、混批、筛分、除铁后包装，得到比表面积为10m2/g
‑
30m2/g的Al、Zr掺杂的高比表面积无钴前驱体成品。
[0012]根据上述的Al、Zr掺杂的高比表面积无钴前驱体的制备方法，其特征在于，步骤(2)中含锆的镍锰金属盐溶液浓度为20g/L
‑
120g/L；含锆的镍锰金属盐溶液中锆离子和镍
锰金属盐溶液中的金属离子摩尔比为Zr：Ni：Mn＝(0.001
‑
0.01):(0.60
‑
0.85):(0.10
‑
0.35)。
[0013]根据上述的Al、Zr掺杂的高比表面积无钴前驱体的制备方法，其特征在于，步骤(4)中底液的pH为8.0
‑
12.0，底液的氨浓度为1.0g/L
‑
15.0g/L。
[0014]根据上述的Al、Zr掺杂的高比表面积无钴前驱体的制备方法，其特征在于，步骤(4)中氮气的通入流量为0.5m3/h
‑
5.0m3/h。
[0015]根据上述的Al、Zr掺杂的高比表面积无钴前驱体的制备方法，其特征在于，步骤(4)中液碱的浓度为10％
‑
50％，氨水的浓度为10％
‑
50％；含锆的镍锰金属盐溶液、偏铝酸钠溶液、液碱、氨水加入到反应釜中的进料流量分别为30L/h
‑
300L/h、5L/h
‑
50L/h、10L/h
‑
100L/h、3L/h
‑
30L/h。
[0016]根据上述的Al、Zr掺杂的高比表面积无钴前驱体的制备方法，其特征在于，步骤(4)中将含锆的镍锰金属盐溶液、偏铝酸钠溶液、液碱、氨水同时加入到反应釜中进行反应的反应条件为：反应温度为20℃
‑
90℃、反应时间为15h
‑
100h、搅拌转速为50r/min
‑
400r/min。
[0017]本专利技术的有益技术效果：本专利技术采用一种低氨工艺，大大减少了氨水的用量，产生的废水含氨氮少，回收处理成本低，符合国家低碳环保的理念，制备出的前驱体材料比表面积高，增强了下游电池材料锂离子的嵌脱能力，提高材料的倍率性能。本专利技术在材料中添加了Al、Zr等元素，Al在一定程度上抑制了锂离子脱出时阳离子混排，提高材料的循环性能和稳定性，Zr
4+
离子半径高于Ni
3+
，可以增大晶胞，扩充锂离子传输通道，显著提高电导率，提高材料的倍率性能。此外Zr在正极材料烧结过程中会在形成ZrO2，具有高熔点、低热导率的特点，可以增强材料的高温化学稳定性。本专利技术方法制备的产品完全无钴化，降低了原料成本，并且氨水用量少，环保易控，适合量产。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的流程示意图；
[0019]图2为实施例1中得到的Al、Zr掺杂的高比表面积无钴前驱体的SEM图；
[0020]图3为实施例1中得到的Al、Zr掺杂的高比表面积无钴前驱体的剖面SEM图。
具体实施方式
[0021]参见图1，本专利技术的一种Al、Zr掺杂的高比表面积无钴前驱体的制备方法，包括以下步骤：
[0022](1)将可溶性镍盐与可溶性锰盐按照摩尔比为Ni:Mn＝x1:y1配制成镍锰金属盐溶液，其中，0.60≤x1≤0.85，0.10≤y1≤0.35，x1+y1<1，镍锰金属盐溶液的浓度为20g/L
‑
120g/L。可溶性镍盐包括硫酸镍、硝酸镍、氯化镍、醋酸镍，可溶性锰盐包括硫酸盐、硝酸盐、氯化盐、醋酸盐。
[0023](2)将可溶性锆盐加入到镍锰金属盐溶液中，配制成锆含量为1000ppm
‑
10000ppm、浓度为20g/L
‑
120g/L的含锆的镍锰金属盐溶液；含锆的镍锰金属盐溶液中锆离子和镍锰金属盐溶液中的金属离子摩尔比为Zr：Ni：Mn＝(0.001
‑
0.01):(0.60
‑
0.85):(0.10
‑
0.35)。
[0024](3)将可溶性铝盐加入到NaOH溶液中，配制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Al、Zr掺杂的高比表面积无钴前驱体的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将可溶性镍盐与可溶性锰盐按照摩尔比为Ni:Mn＝x1:y1配制成镍锰金属盐溶液，其中，0.60≤x1≤0.85，0.10≤y1≤0.35，x1+y1<1，镍锰金属盐溶液的浓度为20g/L
‑
120g/L；(2)将可溶性锆盐加入到镍锰金属盐溶液中，配制成含锆的镍锰金属盐溶液，含锆的镍锰金属盐溶液中锆含量为1000ppm
‑
10000ppm；(3)配制浓度为5g/L
‑
70g/L的偏铝酸钠溶液；(4)向反应釜中加入纯水、氨水、液碱配制成底液，向底液中通入氮气，将反应釜开启搅拌，将含锆的镍锰金属盐溶液、偏铝酸钠溶液、液碱、氨水同时加入到反应釜中进行反应，得到结构式为Ni
x
Mn
y
Al
m
Zr
n
(OH)2的前驱体材料，其中x+y+m+n＝1，0.60≤x≤0.85，0.10≤y≤0.35，0.005≤m≤0.05，0.001≤n≤0.01；(5)将物料排入陈化槽，经过洗涤、除杂、脱水、烘干、混批、筛分、除铁后包装，得到比表面积为10m2/g
‑
30m2/g的Al、Zr掺杂的高比表面积无钴前驱体成品。2.根据权利要求1所述的Al、Zr掺杂的高比表面积无钴前驱体的制备方法，其特征在于，步骤(2)中含锆的镍锰金属盐溶液浓度为20g/L
‑
120g/L；含锆的镍锰金属盐溶液中锆离子和镍锰金属盐溶液中的金属离...

【专利技术属性】
技术研发人员：许开华，吴凯飞，吕志，刘坤，王登登，邹书文，
申请(专利权)人：荆门市格林美新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：