表面一次颗粒非径向生长的前驱体及其制备方法、锂离子电池及其正极材料和涉电设备技术

本申请提供一种表面一次颗粒非径向生长的前驱体及其制备方法、锂离子电池及其正极材料和涉电设备，涉及锂离子电池领域。前驱体表面一次颗粒呈鳞片状且沿非径向方向倾斜堆叠于二次颗粒表面。其制备方法包括：在惰性气体保护下，将包括金属盐溶液、掺杂金属盐溶液、沉淀剂和络合剂在内的原料通入第一底液中，进行第一反应得到晶种料浆；将晶种料浆、金属盐溶液、掺杂金属盐溶液、沉淀剂和络合剂通入第二底液中，进行第二反应得到表面一次颗粒非径向生长的前驱体。本申请提供的表面一次颗粒非径向生长的前驱体，二次颗粒球体表面无微粉，且抗压能力强，不易径向开裂，更不易破碎，兼顾电池容量下，改善了循环性能。改善了循环性能。改善了循环性能。

【技术实现步骤摘要】
表面一次颗粒非径向生长的前驱体及其制备方法、锂离子电池及其正极材料和涉电设备


[0001]本申请涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种表面一次颗粒非径向生长的前驱体及其制备方法、锂离子电池及其正极材料和涉电设备。

技术介绍

[0002]近年来，镍掺杂的多元正极前驱体材料制成的锂离子电池已广泛应用于动力电池、小型电池等领域。高压实密度、高容量、长循环、低成本是未来多元正极前驱体材料锂离子电池必然的发展方向。中高镍材料是近年来开发的高容量型锂离子电池正极材料，具有比容量高重要优点。但是多元正极前驱体材料中的镍含量越高，材料的稳定性越差，安全性越差。此外，锂离子电池材料成本优化也是未来的重要竞争力的核心体现。
[0003]虽然在镍掺杂的多元正极前驱体材料的制备方法中，相比间歇法，连续法操作更简单，生产成本更低；但由于反应体系中镍含量较高，沉淀速度较快，连续式工艺停留时间较短，易生成细密的径向细针状的一次颗粒形貌且对应剖面孔隙较少的二次颗粒结构，易产生裂球、微粉等问题，最终导致制备得到的电池的电化学性能虽然比容量高，但循环稳定性能较差，难以大规模实际应用。
[0004]因此，开发出低成本、在不降低比容量的情况下具有高循环的中高镍产品及其制备方法是本行业中需要解决的问题。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种表面一次颗粒非径向生长的前驱体及其制备方法、锂离子电池及其正极材料和涉电设备，以解决上述问题。
[0006]为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：
[0007]一种表面一次颗粒非径向生长的前驱体，其表面一次颗粒呈鳞片状且沿非径向方向倾斜堆叠于二次颗粒表面。
[0008]优选地，前驱体满足以下条件中的至少一个：
[0009]A.前驱体内部具有孔隙；
[0010]优选地，前驱体的孔隙率为2.5％
‑
6.5％；
[0011]B.前驱体的平均粒径D50为10
‑
20μm；
[0012]优选地，前驱体的平均粒径D50为10
‑
15μm；
[0013]C.前驱体的粒径分布(D90
‑
D10)/D50为1.25
‑
1.65；
[0014]D.前驱体的BET为10
‑
20m2/g；
[0015]E.前驱体的TD为2.0
‑
2.5g/cm3；
[0016]F.前驱体的二次颗粒呈球形或类球形，且前驱体表面一次颗粒与前驱体二次颗粒球体切平面的平均夹角γ为0
°‑
60
°
；
[0017]优选地，前驱体表面一次颗粒与前驱体二次颗粒球体切平面的平均夹角γ为0
°‑
45
°
；
[0018]G.前驱体表面一次颗粒的平均长宽比为1.0～2.0；
[0019]H.前驱体的化学通式为Ni
a
M1‑
a
(OH)2，0.6≤a＜1，M为Co、Mn、Al、Ti、Zr、Mo、Cr、W、B、Mg、Ba、Nb或Sr中的至少一种。
[0020]优选地，前驱体满足以下条件中的至少一个：
[0021]I.前驱体存在与衍射角2θ＝19.2
±1°
对应的(001)晶面的半峰宽α和与衍射角2θ＝38.5
±1°
对应的(101)晶面的半峰宽β，α、β各自独立的为0.2
‑
0.4，且β/α≥1.0；
[0022]优选地，前驱体(001)晶面的半峰宽α为0.254
‑
0.270，前驱体(101)晶面的半峰宽β为0.316
‑
0.326；
[0023]J.前驱体存在与衍射角2θ＝19.2
±1°
对应的(001)晶面的峰强I
001
和与衍射角2θ＝38.5
±1°
对应的(101)晶面的峰强I
101
，I
101
/I
001
为0.5
‑
0.8；
[0024]K.前驱体的化学通式为Ni
a
Al
b
X
c
(OH)2，其中，X为Mn和/或Zr，a+b+c＝1，0.6≤a＜1，0≤b＜0.3，0≤c＜0.1；
[0025]优选地，0.9≤a＜1，0≤b＜0.05，0≤c＜0.05；
[0026]更优选地，0.95≤a＜1。
[0027]本申请还提供一种表面一次颗粒非径向生长的前驱体的制备方法，包括：
[0028]在惰性气体保护下，将包括金属盐溶液、掺杂金属盐溶液、沉淀剂和络合剂在内的原料通入第一底液中，进行第一反应得到晶种料浆；
[0029]在惰性气体保护下，将晶种料浆、金属盐溶液、掺杂金属盐溶液、沉淀剂和络合剂通入第二底液中，进行第二反应得到表面一次颗粒非径向生长的前驱体。
[0030]优选地，第一反应得到的晶种的D50为2
‑
8μm；
[0031]优选地，每小时晶种的加入量为每小时产量的0.05wt％
‑
0.15wt％；
[0032]优选地，进行第一反应和第二反应的过程中，各自独立的控制体系pH为10.5
‑
12.5；
[0033]优选地，控制第一反应过程中的氨水浓度为1
‑
17g/L，控制第二反应过程中的氨水浓度为10
‑
17g/L；
[0034]优选地，进行第一反应和第二反应的过程中，各自独立的控制反应的温度各自独立的为35
‑
75℃；
[0035]优选地，进行第一反应和第二反应的过程中，各自独立的控制反应的搅拌速度为200
‑
1200r/min。
[0036]优选地，第一底液和第二底液各自独立的包括水、沉淀剂和络合剂；
[0037]优选地，沉淀剂包括氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化锂溶液中的一种或多种，络合剂包括氨水、碳酸氢铵溶液、碳酸铵溶液中的一种或多种；
[0038]优选地，第一底液的pH为11.5
‑
12.5、氨浓度为0.24
‑
0.85mol/L；第二底液的pH为10.7
‑
11.7、氨浓度为0.6
‑
0.9mol/L；
[0039]优选地，氢氧化钠溶液和氨水的浓度各自独立的为2
‑
20mol/L。
[0040]优选地，金属盐溶液中的金属盐包括镍盐、铝盐、锰盐、钴盐中的一种或多种；
[0041]掺杂金属盐溶液中的掺杂金属盐包括钴盐、钛盐、锆盐、钼盐、铬盐、钨盐、硼盐、镁盐、钡盐、铌盐、锶盐中的一种或多种；
[0042]优选地，镍盐包括硫酸镍、硝酸镍、乙酸镍、氯化镍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】
1.一种表面一次颗粒非径向生长的前驱体，其特征在于，所述前驱体表面一次颗粒呈鳞片状且沿非径向方向倾斜堆叠于二次颗粒表面。2.根据权利要求1所述的表面一次颗粒非径向生长的前驱体，其特征在于，所述前驱体满足以下条件中的至少一个：A.所述前驱体内部具有孔隙；优选地，所述前驱体的孔隙率为2.5％
‑
6.5％；B.所述前驱体的平均粒径D50为10
‑
20μm；优选地，所述前驱体的平均粒径D50为10
‑
15μm；C.所述前驱体的粒径分布(D90
‑
D10)/D50为1.25
‑
1.65；D.所述前驱体的BET为10
‑
20m2/g；E.所述前驱体的TD为2.0
‑
2.5g/cm3；F.所述前驱体的二次颗粒呈球形或类球形，且所述前驱体表面一次颗粒与所述前驱体二次颗粒球体切平面的平均夹角γ为0
°‑
60
°
；优选地，所述前驱体表面一次颗粒与所述前驱体二次颗粒球体切平面的平均夹角γ为0
°‑
45
°
；G.所述前驱体表面一次颗粒的平均长宽比为1.0～2.0；H.所述前驱体的化学通式为Ni
a
M1‑
a
(OH)2，0.6≤a＜1，M为Co、Mn、Al、Ti、Zr、Mo、Cr、W、B、Mg、Ba、Nb或Sr中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的表面一次颗粒非径向生长的前驱体，其特征在于，所述前驱体满足以下条件中的至少一个：I.所述前驱体存在与衍射角2θ＝19.2
±1°
对应的(001)晶面的半峰宽α和与衍射角2θ＝38.5
±1°
对应的(101)晶面的半峰宽β，所述α、β各自独立的为0.2
‑
0.4，且β/α≥1.0；优选地，所述(001)晶面的半峰宽α为0.254
‑
0.270，所述(101)晶面的半峰宽β为0.316
‑
0.326；J.所述前驱体存在与衍射角2θ＝19.2
±1°
对应的(001)晶面的峰强I
001
和与衍射角2θ＝38.5
±1°
对应的(101)晶面的峰强I
101
，I
101
/I
001
为0.5
‑
0.8；K.所述前驱体的化学通式为Ni
a
Al
b
X
c
(OH)2，其中，X为Mn和/或Zr，a+b+c＝1，0.6≤a＜1，0≤b＜0.3，0≤c＜0.1；优选地，0.9≤a＜1，0≤b＜0.05，0≤c＜0.05。4.一种权利要求1
‑
3任一项所述的表面一次颗粒非径向生长的前驱体的制备方法，其特征在于，包括：在惰性气体保护下，将包括金属盐溶液、掺杂金属盐溶液、沉淀剂和络合剂在内的原料通入第一底液中，进行第一反应得到晶种料浆；在惰性气体保护下，将所述晶种料浆、所述金属盐溶液、所述掺杂金属盐溶液、所述沉淀剂和所述络合剂通入第二底液中，进行第二反应得到所述表面一次颗粒非径向生长的前驱体。5.根据权利要求4所述的表面一次颗粒非径向生长的前驱体的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪方力，谢子娟，訚硕，涂勇，伍兴科，杨康，张振兴，
申请(专利权)人：中伟新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：