一种多冠状多元素球形包覆型前驱体及其制备方法、化学包覆修饰产品及方法技术

本发明专利技术提供一种多冠状多元素球形包覆型前驱体及其制备方法、化学包覆修饰产品及方法，该多冠状多元素球形包覆型前驱体的化学式为Ni

【技术实现步骤摘要】
一种多冠状多元素球形包覆型前驱体及其制备方法、化学包覆修饰产品及方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池正极用高镍前驱体
，具体涉及一种多冠状多元素球形包覆型前驱体及其制备方法、化学包覆修饰产品及方法。

技术介绍

[0002]随着锂电技术的快速发展，电动汽车逐步进入日常家庭，近三年高镍锂电材料爆发性增长。目前全球锂电格局方面来看，锂电应用领域主要集中在3C、电动汽车、储能领域，其中电动汽车领域中高镍系列一直占据未来发展的主流方向，焦点聚集在高能量密度的要求。因此研究球形高镍多元前驱体的微观结构，建立沉淀工艺条件与高镍前驱体物化性能的关系，有效掌控高镍前驱体一次颗粒定向生长，从而改善高镍前驱体的微裂纹，杜绝前驱体原因导致烧结后的正极材料由微裂纹处破碎或者撕裂，最终完善高镍材料的电化学性能具有良好的应用价值。
[0003]未来的能源基础设施需要先进的锂离子电池正极材料，终极目标追求能量和功率密度更高、循环寿命更长，安全性能更好。因此探索提高正极材料化学性能、引入掺杂剂以及设计纳米、微和或特异结构有其价值所在。其中前驱体包覆是一种广泛应用的提高材料稳定性的最佳方法，它可以与正极材料修饰策略协同，显著形成高稳定性的包覆层，解决锂电池正极材料在充放电过程中颗粒破碎、掉粉等现象。探究如何形成高稳定性、高覆盖率的金属包覆层是提升高镍正极材料品质的技术核心问题。
[0004]目前锂电正极材料传统工艺是正极材料烧结过程中进行干法物理包覆或者湿法化学包覆，通过物理机械混合手段干法包覆法存在包覆层覆盖率偏低、均匀性差、形成包覆性微粉现象，严重时影响电性能的发挥。正极材料增加湿法化学包覆后，将增加水洗、烧结步骤，必然增加制造成本。
[0005]因此，需要提供一种多冠状多元素球形包覆型前驱体及其制备方法、化学包覆修饰产品及方法，以解决上述现有存在的问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供一种多冠状多元素球形包覆型前驱体及其制备方法、化学包覆修饰产品及方法，有效掌控高镍前驱体一次颗粒多方向稳定排布生长，从而改善高镍前驱体本身的微裂纹，杜绝前驱体原因导致烧结后的正极材料由微裂纹处破碎或者撕裂问题；结合后期进行前驱体化学包覆修饰处理，获得高稳定性、高均匀性、高覆盖率的的金属包覆层，对比正极材料湿法包覆显著降低制造成本，解决锂电池正极材料极片充放电过程中的颗粒破碎成粉现象。
[0007]为达到上述技术效果，本专利技术提供一种多冠状多元素球形包覆型前驱体及其制备方法、化学包覆修饰产品及方法，采用如下技术方案：
[0008]一种多冠状多元素球形包覆型前驱体，所述多冠状多元素球形包覆型前驱体的化
学式为Ni
x
M
y
(OH)2，其中M元素为钴、锰、铝、钙、钨、锆、镁、硼、钛、铜元素中的至少一种，且0.6≤x≤1.0，0≤y≤0.4，0<x+y≤1。
[0009]进一步的，M元素为钴、锰、铝、锆、铜元素中的至少一种，0.8≤x≤0.98，0.02≤y≤0.2。
[0010]一种多冠状多元素球形包覆型前驱体的制备方法，制备上述的多冠状多元素球形包覆型前驱体，包括以下步骤：
[0011]步骤1、将镍盐、M盐溶于水中，配制成1
‑
4mol/L的金属元素混合液，同时添加1
‑
10g/L的无水硫酸钠作为聚凝剂溶解于金属元素混合液中；
[0012]步骤2、配制10
‑
100g/L的无水硫酸钠溶液作为缓冲剂溶液；
[0013]步骤3、配制4
‑
10mol/L的氢氧化钠溶液和4
‑
10mol/L的氨水溶液；
[0014]步骤4、将反应器中依次加入一定量的纯水、氢氧化钠溶液和氨水溶液，调控三种液体的加入体积量，调节氨含量在4
‑
15g/L，pH值在11.00
‑
14.00，最终得到共占总反应器体积40％
‑
80％的液体做为反应器底液；
[0015]步骤5、开启搅拌速度为300
‑
600rmp，通入一定流量的氮气，升温至40
‑
70℃，通过精密计量泵按照一定流量同时泵入金属元素混合液、缓冲剂溶液、氢氧化钠溶液、氨水溶液四种溶液，通过微调氢氧化钠溶液流量和氨水溶液流量控制反应器溶液氨含量在4
‑
15g/L，pH值在11.00
‑
14.00，使反应器形成持续泵入反应前溶液，达到反应器液位恒定于溢流口位置并连续溢流出Ni
x
M
y
(OH)2前驱体液体；
[0016]步骤6、将反应器溢流出的Ni
x
M
y
(OH)2前驱体液体，进入离心机固液分离后，进行纯水冲洗至洗涤液pH≤9.8时，进行脱水得到水份8
‑
15％的Ni
x
M
y
(OH)2前驱体产品。
[0017]进一步的，步骤1中，配制成2
‑
3mol/L的金属元素混合液，同时添加4
‑
8g/L的无水硫酸钠作为聚凝剂溶解于金属元素混合液中。
[0018]进一步的，步骤2中，配制40
‑
60g/L的无水硫酸钠溶液作为缓冲剂溶液。
[0019]进一步的，所述镍盐、M盐为硫酸盐、氯化盐、硝酸盐、乙酸盐中的至少一种。
[0020]一种多冠状多元素球形包覆型前驱体的化学包覆修饰产品，采用上述的多冠状多元素球形包覆型前驱体制得，所述多冠状多元素球形包覆型前驱体的化学包覆修饰产品的化学式为Ni
x
M
y
B(OH)2，其中B元素为钴、锰、铝、钙、钨、锆、镁、硼、钛、铜元素中的一种，B元素化学包覆百分含量为0.5
‑
3.5％。
[0021]一种多冠状多元素球形包覆型前驱体的化学包覆修饰方法，制备上述的多冠状多元素球形包覆型前驱体的化学包覆修饰产品，包括以下步骤：
[0022]步骤1、在包覆器中加入占总体积40
‑
80％的纯水后，加入一定量水份在8
‑
15％的Ni
x
M
y
(OH)2前驱体，配制为固含量100
‑
300g/L包覆底液；
[0023]步骤2、添加1.0
‑
10g/L的固体无水硫酸钠作为凝固剂溶解于包覆底液中；
[0024]步骤3、添加0.1
‑
1.0g/L的甘露醇作为赋形剂溶解于包覆底液中；
[0025]步骤4、添加0.1
‑
1.0g/L的葡萄糖作为还原剂溶解于包覆底液中；
[0026]步骤5、将金属元素B盐溶于水中，配制成1
‑
3mol/L的B元素溶液；
[0027]步骤6、配制4
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多冠状多元素球形包覆型前驱体，其特征在于，所述多冠状多元素球形包覆型前驱体的化学式为Ni
x
M
y
(OH)2，其中M元素为钴、锰、铝、钙、钨、锆、镁、硼、钛、铜元素中的至少一种，且0.6≤x≤1.0，0≤y≤0.4，0<x+y≤1。2.根据权利要求1所述的多冠状多元素球形包覆型前驱体，其特征在于，M元素为钴、锰、铝、锆、铜元素中的至少一种，0.8≤x≤0.98，0.02≤y≤0.2。3.一种多冠状多元素球形包覆型前驱体的制备方法，其特征在于，制备如权利要求1或2所述的多冠状多元素球形包覆型前驱体，包括以下步骤：步骤1、将镍盐、M盐溶于水中，配制成1
‑
4mol/L的金属元素混合液，同时添加1
‑
10g/L的无水硫酸钠作为聚凝剂溶解于金属元素混合液中；步骤2、配制10
‑
100g/L的无水硫酸钠溶液作为缓冲剂溶液；步骤3、配制4
‑
10mol/L的氢氧化钠溶液和4
‑
10mol/L的氨水溶液；步骤4、将反应器中依次加入一定量的纯水、氢氧化钠溶液和氨水溶液，调控三种液体的加入体积量，调节氨含量在4
‑
15g/L，pH值在11.00
‑
14.00，最终得到共占总反应器体积40％
‑
80％的液体做为反应器底液；步骤5、开启搅拌速度为300
‑
600rmp，通入一定流量的氮气，升温至40
‑
70℃，通过精密计量泵按照一定流量同时泵入金属元素混合液、缓冲剂溶液、氢氧化钠溶液、氨水溶液四种溶液，通过微调氢氧化钠溶液流量和氨水溶液流量控制反应器溶液氨含量在4
‑
15g/L，pH值在11.00
‑
14.00，使反应器形成持续泵入反应前溶液，达到反应器液位恒定于溢流口位置并连续溢流出Ni
x
M
y
(OH)2前驱体液体；步骤6、将反应器溢流出的Ni
x
M
y
(OH)2前驱体液体，进入离心机固液分离后，进行纯水冲洗至洗涤液pH≤9.8时，进行脱水得到水份8
‑
15％的Ni
x
M
y
(OH)2前驱体产品。4.根据权利要求3所述的多冠状多元素球形包覆型前驱体的制备方法，其特征在于，步骤1中，配制成2
‑
3mo l/L的金属元素混合液，同时添加4
‑
8g/L的无水硫酸钠作为聚凝剂溶解于金属元素混合液中。5.根据权利要求3所述的多冠状多元素球形包覆型前驱体的制备方法，其特征在于，步骤2中，配制40
‑
60g/L的无水硫酸钠溶液作为缓冲剂溶液。6.根据权利要求3所述的多冠状多元素球形包覆型前驱体的制备方法，其特征在于，所述镍盐、M盐为硫酸盐、氯化盐、硝...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏玲，梁国文，田新勇，高彦宾，
申请(专利权)人：陕西红马科技有限公司，
类型：发明
国别省市：