一种微孔隙结构的梯度NCA三元材料前驱体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种微孔隙结构的梯度NCA三元材料前驱体及其制备方法，梯度NCA三元材料前驱体为全梯度结构，化学式为Ni

【技术实现步骤摘要】
一种微孔隙结构的梯度NCA三元材料前驱体及其制备方法
本专利技术属于新能源材料制
，更具体的说是涉及一种微孔隙结构的梯度NCA三元材料前驱体及其制备方法。
技术介绍
受益新能源汽车产销规模扩大及单车带电量提升，动力电池市场保持高速增长，未来仍有较大发展空间。2019年1-5月国内市场动力电池装机量23.4GWh，同比增长83.9％。按照2025年新能源汽车产量590万辆测算，动力电池需求量将达到330.6GWh，约为2018年装机量的6倍。新能源汽车对于动力锂电池提出了更高的要求，能量密度、成本、安全性、热稳定性、循环寿命是动力锂电池的5个关键性能指标。从技术进步的角度看，三元材料由于具有高能量密度、较长循环寿命、较高可靠性等优点，逐渐成为动力锂电正极材料的主流。2013年，美国Tesla正是由于动力电池正极材料使用了NCA材料，使汽车续航里程大幅提升，一举成为世界电动汽车领域最耀眼的新星。NCA三元材不仅可逆比容量高，材料成本较低，同时掺铝(Al)后增强了材料的结构稳定性和安全性，进而提高了材料的循环稳定性。NCA材料也是目前研究最热门的三元材料之一。NCA材料具有优异的性能，如AESC公司为日产(Leaf)、Panasonic公司为美国Tesla、PEVE公司为丰田(Pruisα)等车型提供的动力电池，其正极材料全部或部分为NCA材料。目前的NCA材料的一些性能指标虽然表现优秀，但是材料的制备难度高，且具备高镍三元材料的缺点，如锂镍混排导致的循环性能差、表面残碱高、胀气等。因此，如何提供一种微孔隙结构的梯度NCA三元材料前驱体及其制备方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种微孔隙结构的梯度NCA三元材料前驱体及其制备方法，通过微孔隙结构解决梯度材料在充放电过程中存在的收缩率不同导致的循环性能差的问题，通过梯度结构解决NCA本身存在的残碱高等问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种微孔隙结构的梯度NCA三元材料前驱体，为全梯度结构，化学式为NixCoyAlz(OH)2，0.5＜x＜1，0＜y＜0.5，0≤z≤0.1，x+y+z＝1，Ni由内到外浓度比例梯度减小，Co由内到外浓度比例梯度增加，Al内外保持不变；其中，最内部结构为NiaCobAlz(OH)2，其中a＞x，b＜y，a+b+z＝1；最外部结构为NicCodAlz(OH)2，其中c＜x，d＞y，c+d+z＝1。优选的，粒径范围在5～15μm之间。优选的，内部疏松多孔，孔隙率在1％～20％之间。一种微孔隙结构的梯度NCA三元材料前驱体的制备方法，包含以下步骤：(1)将镍盐、钴盐、铝盐用水溶解，分别按照摩尔比Ni：Co：Al＝a：b：z和Ni：Co：Al＝c：d：z的比例配制成混合溶液A和混合液B；(2)配置沉淀剂，并向沉淀剂中加入添加剂；(3)使用氨水作为络合剂；(4)将混合液B匀速V2打入混合液A所在容器中并缓慢搅拌，混合液A所在容器中的AB混合液匀速V1向反应釜中打入，同时向反应釜中加入含有添加剂的沉淀剂溶液、络合剂溶液，在惰性气体的保护下，控制温度40～80℃，转速在200～1000r/min之间，pH值在10.5～13.5之间；(5)反应结束后将所得前驱体进行固液分离、洗涤、烘干、筛分和除铁，即得到微孔隙结构的梯度NCA三元材料前驱体。优选的，所述步骤(1)中，所述镍盐为硫酸镍、硝酸镍、氯化镍中的一种或几种；所述钴盐为硫酸钴、硝酸钴、氯化钴中的一种或几种；所述锰盐为硫酸锰、硝酸锰、氯化锰中的一种或几种；所述铝盐为硫酸铝、硝酸铝、氯化铝中的一种或几种。优选的，所述步骤(2)中，所用添加剂为偶氮二甲酰胺、水合联氨、对甲苯磺酰肼中的一种或几种。优选的，所述步骤(2)中，所用沉淀剂为氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾、氢氧化锂中的一种或几种。优选的，所述步骤(4)中，所有惰性气体为氮气、氦气、氖气中的一种或几种。优选的，所述步骤(4)中为保证产品的摩尔比，控制添加速度V1和V2，使得混合液B全部进入混合溶液A所在的容器时，容器中所有的混合溶液刚好全部用完。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供了一种微孔隙结构的梯度NCA三元材料前驱体及其制备方法，通过使用包括该方法制备的前驱体获得的镍基活性物质的正极，可以制造出具有提高的放电容量和改善的充电/放电效率的锂二次电池。通过梯度结构能够有效解决NCA本身存在的残碱高等问题，通过微孔隙结构能够有效解决梯度材料在充放电过程中存在的收缩率不同导致的循环性能差的问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1附图为实施例1-3、对比例1-2对应的循环性能图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种微孔隙结构的梯度NCA三元材料前驱体，为全梯度结构，化学式为NixCoyAlz(OH)2，0.5＜x＜1，0＜y＜0.5，0≤z≤0.1，x+y+z＝1，Ni由内到外浓度比例梯度减小，Co由内到外浓度比例梯度增加，Al内外保持不变；其中，最内部结构为NiaCobAlz(OH)2，其中a＞x，b＜y，a+b+z＝1；最外部结构为NicCodAlz(OH)2，其中c＜x，d＞y，c+d+z＝1。梯度NCA三元材料前驱体粒径范围在5～15μm之间。内部疏松多孔，孔隙率在1％～20％之间。本专利技术还提供了一种微孔隙结构的梯度NCA三元材料前驱体的制备方法，包含以下步骤：(1)将镍盐、钴盐、铝盐用水溶解，分别按照摩尔比Ni：Co：Al＝a：b：z和Ni：Co：Al＝c：d：z的比例配制成混合溶液A和混合液B；(2)配置沉淀剂，并向沉淀剂中加入添加剂；(3)使用氨水作为络合剂；(4)将混合液B匀速V2打入混合液A所在容器中并缓慢搅拌，混合液A所在容器中的AB混合液匀速V1向反应釜中打入，同时向反应釜中加入含有添加剂的沉淀剂溶液、络合剂溶液，在惰性气体的保护下，控制温度40～80℃，转速在200～1000r/min之间，pH值在10.5～13.5之间；(5)反应结束后将所得前驱体进行固液分离、洗涤、烘干、筛分和除铁，即得到微孔隙结构的梯度NCA三元材料前驱体。其中，步骤(1)中，镍盐为硫酸镍、硝酸镍、氯化镍中的一种或几种；钴盐为硫酸钴、硝酸钴、氯化钴中的一种或几种；锰盐为硫酸锰、硝酸锰、氯化锰中的一种或几种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微孔隙结构的梯度NCA三元材料前驱体，其特征在于，为全梯度结构，化学式为Ni

【技术特征摘要】
1.一种微孔隙结构的梯度NCA三元材料前驱体，其特征在于，为全梯度结构，化学式为NixCoyAlz(OH)2，0.5＜x＜1，0＜y＜0.5，0≤z≤0.1，x+y+z＝1，Ni由内到外浓度比例梯度减小，Co由内到外浓度比例梯度增加，Al内外保持不变；其中，
最内部结构为NiaCobAlz(OH)2，其中a＞x，b＜y，a+b+z＝1；
最外部结构为NicCodAlz(OH)2，其中c＜x，d＞y，c+d+z＝1。


2.根据权利要求1所述的一种微孔隙结构的梯度NCA三元材料前驱体，其特征在于，粒径范围在5～15μm之间。


3.根据权利要求1所述的一种微孔隙结构的梯度NCA三元材料前驱体及其制备方法，其特征在于，内部疏松多孔，孔隙率在1％～20％之间。


4.一种微孔隙结构的梯度NCA三元材料前驱体的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)将镍盐、钴盐、铝盐用水溶解，分别按照摩尔比Ni：Co：Al＝a：b：z和Ni：Co：Al＝c：d：z的比例配制成混合溶液A和混合液B；
(2)配置沉淀剂，并向沉淀剂中加入添加剂；
(3)使用氨水作为络合剂；
(4)将混合液B匀速V2打入混合液A所在容器中并缓慢搅拌，混合液A所在容器中的AB混合液匀速V1向反应釜中打入，同时向反应釜中加入含有添加剂的沉淀剂溶液、络合剂溶液，在惰性气体的保护下，控制温度40～80℃，转速在200～1000r/m...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁国文，魏玲，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：陕西;61