一种NCA正极材料用纳米片状球形结构NC高镍前驱体及其制备方法技术

本发明专利技术涉及正极材料技术领域，尤其涉及一种NCA正极材料用纳米片状球形结构NC高镍前驱体及其制备方法。本发明专利技术采用连续提流法制备高镍前驱体，方法包括：(1)将镍、钴无机盐和第一络合剂配制成二元金属混合溶液，将第二络合剂和分散剂配制成络合剂溶液，将可溶性氢氧化物配制成沉淀剂溶液；(2)在反应釜中加入水、惰性气体下通入络合剂溶液及沉淀剂溶液保持搅拌调制底液；(3)反应釜不间断通入金属混合溶液、络合剂溶液和沉淀剂溶液，并连续提升金属混合溶液流量进行共沉积反应；(4)反应后的物料经后处理获得NC高镍前驱体。本发明专利技术采用一步合成NCA正极材料用NC高镍前驱体，其具有纳米片状结构、球形度好、粒径分布窄、一致性好及高孔隙率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种NCA正极材料用纳米片状球形结构NC高镍前驱体及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池正极材料
，尤其涉及一种NCA正极材料用纳米片状球形结构NC高镍前驱体及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池因其具有高能量密度、循环寿命长、安全环保等优势，广泛应用于新能源动力汽车、消费电子产品、储能等领域。LiNi
x
Co
y
Al
(1
‑
x
‑
y)
O2(简称NCA)与LiNi
x
Co
y
Mn
(1
‑
x
‑
y)
O2(简称NCM)统称为三元正极材料，是目前最为主流的锂离子电池正极材料，其中Mn元素和Al元素均起到稳定材料结构的作用，并不提供电容量，相较于NCM中Mn以+4价态存在，Al在NCA中为+3价态，从而避免了Ni元素价态的降低，同时Al元素具有更强的结构稳定作用，因此NCA更适合超高镍正极材料体系。
[0003]目前产业化三元正极材料均由氢氧化物前驱体与锂源烧结而成，因此三元正极材料的性能更多由三元前驱体的优劣直接决定。共沉积反应是最适合氢氧化物前驱体工业化生产的工艺，但Al(OH)3的溶度积远大于Ni(OH)2和Co(OH)2的溶度积，从而造成颗粒难以成球、成分不均匀等问题，因此采用NC前驱体与铝源烧结制备NCA正极材料成为产业化主要工艺之一。而在该工艺下，制备的镍钴铝材料对前驱体的结构和形貌具有传承性，其一次颗粒形貌有块状、条状等，但这些形貌的一次颗粒结构粗，孔隙率低，难与电解液充分接触，影响其电化学形貌的充分发挥。因此，合成一种NCA正极材料用的球形度好、粒径分布窄、一致性好、高孔隙率大的纳米片状球形结构NC高镍前驱体具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决现有技术问题，提供一种NCA正极材料用纳米片状球形结构NC高镍前驱体及其制备方法。本专利技术旨在通过控制连续提流法有效控制进料速度与反应浆料的比例关系，同时调控反应络合强度、pH、温度等条件，合成一种NCA正极材料用纳米片状球形结构NC高镍前驱体，控制晶粒沿着某一晶面的方向生长，有效降低一次颗粒片层尺寸，同时增大材料孔隙率。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006]本专利技术的目的之一是提供一种NCA正极材料用纳米片状球形结构NC高镍前驱体的制备方法，包括如下步骤：
[0007](1)采用镍无机盐、钴无机盐和第一络合剂配置二元混合金属盐溶液；配置含有分散剂的第二络合剂水溶液；配置氢氧化物沉淀剂水溶液；
[0008](2)在反应釜中预先加入纯水，在惰性气体保护下加入第二络合剂水溶液及氢氧化物沉淀剂水溶液，保持搅拌调制底液，控制底液温度、pH、第二络合剂浓度和搅拌速度；
[0009](3)向反应釜中不间断加入二元混合金属盐溶液、第二络合剂水溶液和氢氧化物沉淀剂水溶液，控制浆料的反应温度、pH、第二络合剂浓度、搅拌速度进行共沉积反应，通过
固液分离不间断排出釜内清液，提升反应釜内固含量，控制浆料液位，根据反应釜时长连续提升加入二元混合金属盐溶液的流量，直至反应粒径达到终点粒径；
[0010](4)将步骤(3)浆料经后处理得到NC高镍二元前驱体。
[0011]优选地，所述步骤(1)中镍无机盐、钴无机盐和第一络合剂可分别为单质(固体或液体)或相应的溶液，更优选溶液为水溶液。
[0012]优选地，所述步骤(1)中镍无机盐为硫酸镍、硝酸镍、氯化镍中的一种或几种，钴无机盐为硫酸钴、硝酸钴、氯化钴中的一种或几种。
[0013]优选地，所述步骤(1)中第一络合剂为三乙醇胺、乙二胺四乙酸、柠檬酸钠、柠檬酸、草酸中的一种或几种。
[0014]优选地，所述步骤(1)中二元混合金属盐溶液为水溶液，即溶液中溶剂为水。
[0015]优选地，所述步骤(1)中二元混合金属盐溶液中镍无机盐、钴无机盐的投料比以镍和钴的比例符合式Ni
x
Co1‑
x
(OH)2中Ni、Co比计，其中0.6≤x<1，更优选为0.8≤x<1。
[0016]优选地，所述步骤(1)中二元混合金属盐溶液中金属总浓度为1.3～2.0mol/L，所述浓度为混合金属总浓度，即镍、钴金属的总浓度。
[0017]优选地，所述步骤(1)中二元混合金属盐溶液中第一络合剂浓度为0.001～0.020mol/L。
[0018]优选地，所述步骤(1)中的第二络合剂为氨水、硫酸铵中的一种或几种。
[0019]优选地，所述步骤(1)中第二络合剂水溶液中第二络合剂的浓度为1～10mol/L。
[0020]优选地，所述步骤(1)中分散剂为十二烷基三甲基溴化铵、四甲基氯化铵、十烷基三甲基溴化铵中的一种或多种。
[0021]优选地，所述步骤(1)中第二络合剂水溶液中分散剂浓度为0.01～0.08g/L。
[0022]优选地，所述步骤(1)中的氢氧化物沉淀剂为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或几种。
[0023]优选地，所述步骤(1)中氢氧化物沉淀剂水溶液的浓度为4～12mol/L。
[0024]优选地，所述步骤(2)中反应釜体积为0.5～20m3。
[0025]优选地，所述步骤(2)中纯水加入量为反应釜体积20％～50％。
[0026]优选地，所述步骤(2)中惰性气体为不与反应物和生成物进行反应的气体，更优选为氮气、氦气或氩气中的一种或几种。
[0027]优选地，所述步骤(2)中，通过控制加入的络合剂溶液和氢氧化物沉淀剂水溶液的量，调控底液的温度、pH、第二络合剂浓度达到目标值。
[0028]优选地，所述步骤(2)中调制底液温度为40～75℃。
[0029]优选地，所述步骤(2)中调制底液pH为10.50～11.50。
[0030]优选地，所述步骤(2)中底液中第二络合剂浓度为2.0～5.0g/L。
[0031]优选地，所述步骤(2)中控制搅拌速度为100～250rpm。
[0032]优选地，所述步骤(3)中加入二元混合金属盐溶液初始流量为(反应釜体积
×
1/100)L/h。
[0033]优选地，所述步骤(3)中控制二元混合金属盐溶液加入流量随反应时间每单位时长提升至[初始流量
×
(1.03～1.08)
x
]L/h，其中x为反应时长；更优选每单位时长为每小时。
[0034]优选地，所述步骤(3)中控制反应温度为40～75℃。
[0035]优选地，所述步骤(3)中控制加入沉淀剂流量控制浆料pH为10.50～11.50。
[0036]优选地，所述步骤(3)中调节加入第二络合剂水溶液的流量控制浆料中第二络合剂浓度为2.0～5.0g/L。
[0037]优选地，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种NCA正极材料用纳米片状球形结构NC高镍前驱体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采用镍无机盐、钴无机盐和第一络合剂配置二元混合金属盐溶液；配置含有分散剂的第二络合剂水溶液；配置氢氧化物沉淀剂水溶液；(2)在惰性气体保护下，向含有水的反应釜中加入第二络合剂水溶液及氢氧化物沉淀剂水溶液，调制底液；(3)向步骤(2)的反应釜中不间断加入二元混合金属盐溶液、第二络合剂水溶液和氢氧化物沉淀剂水溶液，进行共沉积反应，并根据反应时长连续提升加入的二元混合金属盐溶液的流量，直至达到终点粒径；(4)将步骤(3)浆料经后处理得到NC高镍二元前驱体。2.根据权利要求1所述一种NCA正极材料用纳米片状球形结构NC高镍前驱体的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中二元混合金属盐溶液中镍无机盐、钴无机盐的投料比以镍和钴的比例符合式Ni
x
Co1‑
x
(OH)2中Ni、Co比计，其中0.6≤x<1；二元混合金属盐溶液中金属总浓度为1.3～2.0mol/L；第一络合剂为三乙醇胺、乙二胺四乙酸、柠檬酸钠、柠檬酸、草酸中的一种或几种，二元混合金属盐溶液中第一络合剂浓度为0.001～0.020mol/L。3.根据权利要求1所述一种NCA正极材料用纳米片状球形结构NC高镍前驱体的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的第二络合剂为氨水、硫酸铵中的一种或几种，第二络合剂的浓度为1～10mol/L；分散剂为十二烷基三甲基溴化铵、四甲基氯化铵、十烷基三甲基溴化铵中的一种或多种，第二络合剂水溶液中分散剂浓度为0.01～0.08g/L。4.根据权利要求1所述一种NCA正极材料用纳米片状球...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑斌，吉同棕，钱志挺，沈家成，吴有志，荀瑞芝，史春阳，
申请(专利权)人：浙江海创锂电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：