一种低钴高循环锂正极材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种低钴高倍率、高循环锂离子电池正极材料的制备方法,制备过程包括以下步骤：(1)低钴前驱体的制备；(2)低钴正极材料的制备。本发明专利技术首先采用传统方法制备低钴正极材料的前驱体，然后用低钴前驱体Ni

【技术实现步骤摘要】
一种低钴高循环锂正极材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子二次电池正极材料制备领域(IPC分类号为H01M4/525)，尤其涉及低钴高倍率、高循环正极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为一种体积小、能量密度高且环境友好的化学储能元件，近年来被广泛应用于新能源汽车、电网储能、便携数码等领域。正极材料作为锂离子电池的重要组成部分，其电化学性能直接决定了锂离子电池的使用性能，因此，开发具有比容量高且安全性能好的高性价比锂离子电池正极材料已逐渐成为全球锂电科研工作者的共识。
[0003]传统镍钴锰三元正极材料相比，低钴正极材料因其具有成本低、无毒等优点，被认为是下一代三元正极材料的首选，但在传统三元正极材料中，钴的作用主要是稳定材料结构与提高材料的循环和倍率性能，因此，目前低钴基三元正极材料缺点在于循环与倍率性能欠佳，这些缺点严重制约了低钴三元锂电池的实际使用性能，现有技术CN113292115A公开了一种低钴正极材料及其制备方法和应用，通过动态调节前驱体制备过程中添加钴元素和锰元素的摩尔浓度，使材料晶体具有复杂稳定结构，增大了比表面积，使电池具有更高倍率，但结构过于稳定，使正极脱锂后不能通过压强变化收缩体积、稳定电荷密度，导致电池循环稳定性变差。有鉴于此，开发一款循环且倍率性能较好的低钴三元正极材料具有重要的现实意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种低钴三元正极材料的制备方法，以解决现有低钴三元正极材料循环且倍率性能较差的问题。该方法制备过程简单，所制备材料一次颗粒大小分布均匀，放电比容量较高，循环且倍率性能较好，提高了低钴正极材料的使用性能。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种低钴高倍率、高循环锂正极材料的制备方法，包括以下技术方案：
[0007](1)低钴前驱体的制备：
[0008]将镍盐、钴盐、锰盐和纯水按照一定摩尔比配制出金属盐水溶液，向反应釜通入氮气，将稀氨液作为底液加入反应釜中，然后将金属盐水溶液、强碱的稀碱液及浓氨水加入反应釜中，连续搅拌使原料充分反应，反应生成的结晶经过滤、洗涤、干燥后得到D
50
在4
‑
10μm的低钴三元正极材料前驱体。
[0009](2)低钴正极材料的制备
[0010]将步骤(1)得到的低钴三元正极材料前驱体与锂源在一定摩尔比下混合后加入适量添加剂，在高速混料中充分混合均匀后装入匣钵中焙烧，自然冷却至室温后对辊、过400目筛后得到球状低钴正极材料。
[0011]优选的，步骤(1)所述镍盐、钴盐、锰盐为溶于水的无机酸盐中的一种。
[0012]进一步优选的，步骤(1)所述镍盐、钴盐、锰盐为溶于水的无机酸盐中的同一种时，
通过同离子效应降低溶解度更易沉淀的同时保证前驱体损失和杂质最少。本申请人推测为：反应体系中只存在一种无机酸根更容易使沉淀剂中金属阳离子达到饱和溶解度共沉淀，减少前驱体对金属盐的吸附，使镍、钴、锰沉淀更加完全，通过洗涤再将杂质溶解，使前驱体损失和杂质最少，从而保证低钴正极材料晶型规整、锂电池循环性能稳定。
[0013]更优选的，步骤(1)所述镍盐、钴盐、锰盐为溶于水的硝酸盐、硫酸盐、氯化盐中的同一种。
[0014]优选的，步骤(1)所述稀氨液浓度为0.1
‑
1.0mol/L，稀氨液的用量为反应釜内部有效容积的1/5
‑
3/5。
[0015]进一步优选的，步骤(1)所述稀氨液浓度为0.2
‑
0.6mol/L，稀氨液的用量为反应釜内部有效容积的1/4
‑
1/2。
[0016]优选的，步骤(1)所述反应釜的进料装置选用蠕动泵，进料量为2
‑
8L/h时，有效调节pH控制前驱体晶型的同时使前驱体杂质更少。本申请人推测为：同离子效应使本申请反应体系中镍、钴、锰更易形成沉淀，进料速度快会使沉淀速度过快，导致含有沉淀剂金属阳离子的杂质残留在前驱体晶格内部，并无法通过洗涤去除，导致焙烧的三元材料存在杂质，进料速度过慢会导致前驱体晶粒团聚，晶型不规整。
[0017]进一步优选的，步骤(1)所述反应釜的进料装置选用蠕动泵，进料量为4
‑
6L/h。
[0018]优选的，步骤(1)所述连续搅拌反应的反应时间为12
‑
72h，反应温度为40
‑
70℃。
[0019]进一步优选的，步骤(1)所述连续搅拌反应的反应时间为18
‑
70h，反应温度为45
‑
60℃。
[0020]优选的，步骤(1)所述连续搅拌反应，控制反应体系的pH值在9
‑
11.8之间。
[0021]进一步优选的，步骤(1)所述连续搅拌反应，控制反应体系的pH值在9.5
‑
11.5之间。
[0022]优选的，步骤(1)中的低钴三元正极材料前驱体的化学式为Ni
x
Co
y
Mn
z
(OH)2，其中0.45≤x≤0.65，0.03≤y≤0.1，0.35≤z≤0.55，x+y+z＝1。
[0023]优选的，步骤(1)所述稀碱液、金属盐水溶液和浓氨水中的碱：金属盐：NH3·
H2O的摩尔比为(1
‑
4)：(1
‑
2)：1时，有效控制前驱体形貌为多晶球状二次颗粒的同时增加了前驱体的密度。本申请人推测为：在适当温度和长时间搅拌的过程中沉淀物的晶核逐渐成型并生长，但镍、钴、锰沉淀的条件不同，而适当的摩尔比的碱、金属盐和NH3·
H2O可以使晶核在有序生长的过程中结构紧密并均匀包覆，在本申请反应体系下此比例可以使镍、钴、锰沉淀比例和结合方式能够生成D
50
在4
‑
10μm的低钴三元正极材料前驱体，有效控制晶粒不成型或过度生长。
[0024]进一步优选的，步骤(1)所述稀碱液、金属盐水溶液和浓氨水中的碱：金属盐：NH3·
H2O的摩尔比为(1.4
‑
3)：(1
‑
1.5)：1。
[0025]优选的，步骤(1)所述稀碱液的浓度为2
‑
5mol/L；所述浓氨水的质量浓度为20
‑
25％。
[0026]进一步优选的，步骤(1)所述稀碱液的浓度为4
‑
5mol/L；所述浓氨水的质量浓度为20
‑
24％。
[0027]优选的，步骤(1)所述强碱为无机强碱中的一种。
[0028]进一步优选的，步骤(1)所述强碱为碱金属氢氧化物中的一种。
[0029]更优选的，步骤(1)所述强碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种。
[0030]优选的，步骤(2)中的锂源包括无机酸锂、氢氧化锂、有机酸锂中的一种或多种。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低钴高倍率、高循环锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：(1)低钴前驱体的制备：将镍盐、钴盐、锰盐和纯水按照一定摩尔比配制出金属盐水溶液，向反应釜通入氮气，将稀氨液作为底液加入反应釜中，然后将金属盐水溶液、强碱的稀碱液及浓氨水加入反应釜中，连续搅拌使原料充分反应，反应生成的结晶经过滤、洗涤、干燥后得到D
50
在4
‑
10μm的低钴三元正极材料前驱体；(2)低钴正极材料的制备：将步骤(1)得到的低钴三元正极材料前驱体与锂源在一定摩尔比下混合后加入适量添加剂，在高速混料中充分混合均匀后装入匣钵中焙烧，自然冷却至室温后对辊、过400目筛后得到球状低钴正极材料。2.根据权利要求1中所述的低钴高倍率、高循环锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中镍盐、钴盐、锰盐为溶于水的无机酸盐中的一种。3.根据权利要求1中所述的低钴高倍率、高循环锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中稀氨液浓度为0.1
‑
1.0mol/L，加入量为反应釜内部有效容积的1/5
‑
3/5。4.根据权利要求1中所述的低钴高倍率、高循环锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中反应釜的进料装置选用蠕动泵，进料量为2
‑
8L/h。5.根据权利要求1中所述的低钴高倍率、高循环锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中稀碱液、金属盐水溶液和浓氨水中的碱...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛晟，孙旭，梁正，李杰，陆和杰，万辉，孟令桐，李晓艳，
申请(专利权)人：宁夏汉尧富锂科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：