高密度球形镍钴铝前驱体材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高密度球形镍钴铝前驱体材料，镍钴铝前驱体材料的化学分子式为Ni1-x-yCoxAly(OH)2+y，其振实密度为1.8～2.4g/cm3，该材料呈球形颗粒状，且平均粒度为6～17μm。本发明专利技术还公开了该前驱体材料的制备方法，包括以下步骤：先将铝盐与络合剂混合均匀，再将镍盐和钴盐溶液混合均匀，将前述混合液、络合剂及沉淀剂溶液并流加入到反应器中进行连续式的共沉淀反应，反应过程中pH值控制在11～12，物料在反应器中停留时间不超过20h，稳定反应后进行固液分离，固体物料经陈化、洗涤、烘干后，得到高密度球形镍钴铝前驱体材料。本发明专利技术的产品中铝元素能均匀地与镍、钴元素结合，且振实密度更高。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种高密度球形镍钴铝前驱体材料，镍钴铝前驱体材料的化学分子式为Ni1-x-yCoxAly(OH)2+y，其振实密度为1.8～2.4g/cm3，该材料呈球形颗粒状，且平均粒度为6～17μm。本专利技术还公开了该前驱体材料的制备方法，包括以下步骤：先将铝盐与络合剂混合均匀，再将镍盐和钴盐溶液混合均匀，将前述混合液、络合剂及沉淀剂溶液并流加入到反应器中进行连续式的共沉淀反应，反应过程中pH值控制在11～12，物料在反应器中停留时间不超过20h，稳定反应后进行固液分离，固体物料经陈化、洗涤、烘干后，得到高密度球形镍钴铝前驱体材料。本专利技术的产品中铝元素能均匀地与镍、钴元素结合，且振实密度更高。【专利说明】
本专利技术涉及一种锂离子电池正极材料用前驱体材料及其制备方法，尤其涉及一种锂离子电池中镍钴铝正极材料用前驱体材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池已广泛应用于各种移动式电子产品(如手机、相机、笔记本电脑等)，并且将越来越多地应用于电动汽车等领域。为适应这些应用领域日益发展的需要，对容量更大、重量更轻、尺寸更小的锂离子二次电池的需求量不断增大，因此，对锂离子电池正极材料的比容量性能提出了越来越高的要求。在可以应用于锂离子电池的高比容量的正极材料中，高镍系的正极材料一直是世界各国的研究热点。其中，以LiNiO2为基础再掺杂Co元素体系的正极材料，既具有LiNiO2材料较高的放电比容量，同时该正极材料的晶体层状结构又更稳定，材料的循环稳定性也更好。但是，这种正极材料存在着耐过充能力差、热稳定性较差、首次放电不可逆容量较高等缺陷。为解决上述存在的问题，使镍钴材料能尽快应用于商业化领域，国内外学者在此基础上又进行了大量的掺杂试验。其中，铝元素的掺杂可以稳定镍钴材料的晶体结构，增加锂离子的扩散系数，明显抑制充放电过程中的放热反应，使得掺杂铝的镍钴材料的循环性能和耐过充性能都得到了明显提高，因此，现今出现了一种能应用于锂离子电池的新型正极材料——镍钴铝正极材料(NCA)。在镍钴铝正极材料的生产过程中，对于如何使用铝原料、镍原料和钴原料，人们有多种方式可供选择，但普遍认为，采用NinyCoxAly(OH)2+y前驱体材料作为原料来生产制备镍钴铝正极材料NCA的性能最优。因此，人们不断研究如何制备出优良的Ni1-yCoxAly (OH) 2+y 前驱体材料。在化学共沉淀法合成制备NimCoxAly (OH) 2+y前驱体材料的过程中，由于铝离子为+3价，其难以与镍和钴等+2价离子元素形成均匀的单一层状结构，这使得在前驱体材料中铝元素很难形成均匀分布的状态，这将造成使用该原材料制备出的镍钴铝正极材料的电性能指标不理想。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种铝元素能均匀地与镍、钴元素结合、且振实密度更高的锂离子电池正极材料用球形镍钴铝前驱体材料，还提供一种工艺流程简单、自动化程度高、可实现连续化生产、产能较高、产品品质稳定优异的高密度球形镍钴铝前驱体材料的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为一种高密度球形镍钴铝前驱体材料，所述镍钴铝前驱体材料的化学分子式为Ni1^CoxAly(OH)2V即该化学分子式中N1、Co、Al和(OH)的原子摩尔比为(1-x-y): X: y: (2+y)，其中0.1≤x≤0.3，0.03≤y≤0.15 ;所述镍钴铝前驱体材料的振实密度为1.8g/cm3~2.4g/cm3，所述镍钴铝前驱体材料呈球形颗粒状，且平均粒度为6 μ m~17 μ m ;所述镍钴铝前驱体材料在微观上具有层状结构。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供一种上述的高密度球形镍钴铝前驱体材料的制备方法，包括以下步骤: 先将铝盐溶液单独与络合剂混合均匀得混合液A，再将镍盐溶液和钴盐溶液混合均匀得混合液B，将混合液A、混合液B、络合剂溶液及沉淀剂溶液一起并流加入到一装有底液的反应器中进行连续式的共沉淀反应，反应过程中的pH值控制在11.0~12.0，物料在反应器中的停留时间不超过20小时(共沉淀反应过程为连续反应，物料在反应器中停留时间不超过20小时，优选的停留时间为10~18小时，反应时间明显缩短是本专利技术技术方案的一大特点)，稳定反应后对从反应器中连续溢出的浆料进行固液分离，固体物料经陈化反应、洗涤、烘干后，得到锂离子电池正极材料用的高密度球形镍钴铝前驱体材料。上述的制备方法中，优选的，所述铝盐溶液为铝元素对应的硫酸盐水溶液、氯化盐水溶液或硝酸盐水溶液；所述镍盐溶液为镍元素对应的硫酸盐水溶液、氯化盐水溶液或硝酸盐水溶液，所述钴盐溶液为钴元素对应的硫酸盐水溶液、氯化盐水溶液或硝酸盐水溶液。上述的制备方法中，优选的，所述沉淀剂溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。上述的制备方法中，优选的，所述混合液A中以铝计的离子浓度为2g/L~10g/L，所述混合液B中镍和钴的总金属离子的浓度为80g/L~120g/L。上述的制备方法中，优选的，所述混合液A中的络合剂选自氨水、柠檬酸、草酸、水杨酸、磺基水杨酸、乙二胺四乙酸、氢氧化钠中的一种或两种，且混合液A中铝盐与络合剂的摩尔比为1:0.05~4.0。上述的制备方法中，优选的，所述反应器中的底液为氢氧化钠和氨水的混合溶液。`上述的制备方法中，优选的，所述底液的初始pH值控制在11.0~12.0，所述底液的初始温度为30°C~60°C，且底液中氨水的初始浓度控制在17g/L~30g/L。上述的制备方法中，优选的，所述共沉淀反应过程中，反应器的转速控制在IOOr/min~180r/min,反应过程中反应体系的温度控制在30°C~60°C,反应体系中氨水的浓度控制为14g/L~30g/L，反应体系中固体物质的总量控制为100g/L~220g/L。上述的制备方法中，优选的，所述的陈化反应中，采用5wt%~15wt%的碱液(优选氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液)对固体物料进行陈化处理，陈化反应温度为30°C~70°C，陈化反应时间为30min~80 min。上述的制备方法中，优选的，经过陈化反应后的反应物料是在常温下采用去离子水进行洗涤，且洗涤至PH值为8.0~10.0，洗涤后的烘干是在100°C~160°C温度下进行处理。与现有技术相比，本专利技术的优点在于:本专利技术采用连续方式进行共沉淀反应，工艺流程简单，反应前通过先将铝盐与络合剂络合，防止铝进入反应体系后马上单独成核，有效控制了铝元素与镍、钴元素的共沉淀反应过程，从而使镍钴铝能够均匀地进行共沉淀反应，制备出品质稳定的球形镍钴铝前驱体材料。本专利技术中物料在反应器中停留时间较短，大大提高了该产品的产能，反应前通过先将铝盐与络合剂络合，再通过对氨水浓度及PH值的合理管控，可以保证在均匀共沉淀的前提下反应器的产能得到明显提高。总体而言，本专利技术与现有的干法或其它湿法工艺相比，本专利技术可以使铝元素和镍、钴元素形成均匀地共沉淀，使铝元素在制得的NimCoxAly(OH)My前驱体材料中分布更均匀，前驱体材料的密度最高可达2.4g/cm3 ;本专利技术的制备方法不仅工艺流程简单、自动化程度高，而且可实现连续化生产，产能较高，产品品质稳定、优异。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术实施例1制备得到的球形镍钴铝前驱体材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高密度球形镍钴铝前驱体材料，其特征在于：所述镍钴铝前驱体材料的化学分子式为Ni1?x?yCoxAly(OH)2+y，即该化学分子式中Ni、Co、Al和(OH)的原子摩尔比为（1?x?y）∶x∶y∶（2+y），其中0.1≤x≤0.3，0.03≤y≤0.15；所述镍钴铝前驱体材料的振实密度为1.8g/cm3～2.4g/cm3，所述镍钴铝前驱体材料呈球形颗粒状，且平均粒度为6μm～17μm。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张海艳，周勤俭，胡志兵，刘伟，刘庭杰，徐浩，甘胜，孙卓，覃事彪，张臻，
申请(专利权)人：金天能源材料有限公司，
类型：发明
国别省市：