一种镍钴铝三元梯度正极材料前驱体及其产量化生产方法和应用技术

本发明专利技术属于镍钴铝三元前驱体制备技术领域，公开了一种镍钴铝三元梯度正极材料前驱体及其产量化生产方法和应用。该方法包括：S1、配制含有镍离子和钴离子的混合溶液、偏铝酸钠溶液、沉淀剂溶液和络合剂溶液，待用；S2、向含有底液的反应釜中通入保护气体，搅拌，并加入聚合物微球；S3、将混合溶液、偏铝酸钠溶液、沉淀剂溶液和络合剂溶液同时注入到所述S2中的所述反应釜中，进行共沉淀反应，直到得到镍钴铝三元前驱体半成品的D50达到目标粒径为止，停止向所述反应釜内进料，并对所述镍钴铝三元前驱体半成品进行后处理，得到镍钴铝三元前驱体。本发明专利技术的制备方法适用于工业生产，且各批次的前驱体较为稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种镍钴铝三元梯度正极材料前驱体及其产量化生产方法和应用
本专利技术属于镍钴铝三元前驱体制备
，具体涉及一种镍钴铝三元梯度正极材料前驱体及其产量化生产方法和应用。
技术介绍
在追求高能量密度和低原料成本的驱动下，锂离子电池用三元正极材料不断向高镍低估化发展；在同等镍含量下，镍钴铝(NCA)材料具有更好的热稳定性。但是，对能量密度的追求使得NCA材料的镍含量越来越高，相应的热稳定性也会随之变差。核壳结构材料是为解决高镍NCA材料热稳定差而开发的一种新型材料。但是，由于在核壳结构界面过度金属组分的突变和结构之间的不匹配在循环过程中会引起体积变化，使其电化学性能变差；如今，核壳结构材料已发展为全浓度梯度材料，避免了充放电过程中组分差异过大造成的核壳结构分离，因而具有更高的比容量和更好的循环性能。目前，浓度梯度材料所用前驱体主要采用共沉淀法制备，目前国内还没有梯度材料产业化报道，其中原因在于实验室方法制备浓度梯度前驱体，一般是采用两种不同浓度的金属溶液控制各金属的梯度变化，但没有考虑到产品的其它指标，产品粒径和金属摩尔比难以同时控制，难以确保不同生产批次之间产品的一致性。
技术实现思路
有鉴于此，针对现有的浓度梯度前驱体无法产业化生产的问题，本专利技术提供一种镍钴铝三元梯度正极材料前驱体的产量化生产方法。本专利技术的另一目的是提供一种镍钴铝三元梯度正极材料前驱体。本专利技术的另一目的是提供一种镍钴铝三元梯度正极材料前驱体的应用。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种镍钴铝三元梯度正极材料前驱体的产量化生产方法，该方法包括如下步骤：S1、配制含有镍离子和钴离子的混合溶液；配制偏铝酸钠溶液，配制沉淀剂溶液；配制络合剂溶液，待用；S2、向含有底液的反应釜中通入保护气体，搅拌，并加入聚合物微球，所述底液的pH为11～12；S3、将混合溶液、偏铝酸钠溶液、沉淀剂溶液和络合剂溶液同时注入到所述S2中所述的反应釜中，进行共沉淀反应，直到获得的镍钴铝三元前驱体半成品的D50达到目标粒径为止，停止向所述反应釜内进料，并对所述镍钴铝三元前驱体半成品进行后处理，得到镍钴铝三元前驱体。优选的，S1中，混合溶液中的总金属离子浓度为1～3mol/L；所述偏铝酸钠溶液中铝元素的含量为0.1～0.5mol/L；沉淀剂溶液为浓度为30％～42％的工业液碱，络合剂溶液为浓度为10％～20％的氨水。优选的，S1中，偏铝酸钠溶液的配制过程包括：将十八水硫酸铝溶解于水中，并加入浓度为30％～42％的工业液碱中，得到偏铝酸钠溶液；其中所述水与所述工业液碱的体积比为(8～12):1。优选的，S2中，聚合物微球为仅含C、H和O三种元素的聚合物，所述聚合物微球的粒径为0.5～1μm。优选的，聚合物为聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯。优选的，反应釜的体积为6m3～10m3，聚合物微球的加入量为50～100kg。优选的，S2中，底液中的氨浓度为5～20g/L，温度为40～80℃，搅拌速度为100～500rpm。优选的，S3中，混合溶液的进料速度为300～500L/h，所述偏铝酸盐溶液的进料速度为55～94L/h，所述沉淀剂溶液的进料速度为100～150L/h，所述络合剂溶液的进料速度为30～40L/h。共沉淀反应的反应温度为50～80℃，反应pH为11～12，搅拌速度为100～500rpm。本专利技术还提供了一种采用上述的镍钴铝三元梯度正极材料前驱体的产量化生产方法制备得到的前驱体。本专利技术还提供了一种采用上述的镍钴铝三元梯度正极材料前驱体的产量化生产方法制备得到的前驱体在镍钴铝三元梯度正极材料方面的应用。与现有技术相比，采用上述方案本专利技术产量化生产方法的有益效果为：本专利技术的生产方法适用于工业化生产，且在生产过程中，通过向反应釜内添加聚合物微球，作为制备前驱体的晶种，同时通过调控工艺参数，使得聚合物微球在反应釜内均匀分散，使得在工业化生产中晶种能够均匀增长，避免聚集，进而确保不同批次之间产品的一致性；此外，本专利技术的生产方法能够较为准确的控制目标产品中的镍、钴和铝的摩尔比。将本专利技术制备得到的镍钴铝三元梯度正极材料前驱体中的镍、钴和铝呈梯度分布，且镍含量从中心向表面，镍浓度逐渐递减。本专利技术的上述前驱体还能够应用于镍钴铝三元梯度正极材料方面。附图说明图1是本专利技术实施例4制备得到的镍钴铝三元梯度正极材料的横截面的扫描电镜图；图2是本专利技术实施例4制备得到的镍钴铝三元梯度正极材料的EDS点分析结果；其中横坐标代表的是图1中所示的七个点。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1本实施例提供一种镍钴铝三元梯度正极材料前驱体的产量化生产方法，该方法包括如下步骤：S1、将硫酸镍，硫酸钴铵金属摩尔比为93.3:16.7的比例配制成总金属浓度为2mol/L的混合溶液；将十八水硫酸铝溶于纯水中，并加入32％的工业液碱配制成铝含量为0.5mol/L的偏铝酸钠溶液，其中加入纯水与32％的工业液碱的体积比为8:1；采用32％工业液碱作为沉淀剂溶液；采用17％氨水作为络合剂溶液；S2、在反应釜中加入纯水，通常纯水的加入量不超过反应釜溶剂的一半，本实施例中是在10m3反应釜中加入5m3纯水，得到底液；再向底液中加入32％的工业液碱和17％氨水调控底液pH，使得底液pH为11.7，底液中氨浓度为17g/L；将底液的温度控制在55℃，搅拌速度控制在350rpm之间，向底液中通入保护气体(N2)1m3/h；保护气体也可以是惰性气体；向底液中加入100kg粒径为0.5μm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球，持续搅拌；S3、将混合溶液、偏铝酸钠溶液、沉淀剂溶液和络合剂溶液同时分别以500L/h、94L/h、150L/h及40L/h的流速注入到S2中的反应釜中，进行共沉淀反应，在反应过程中根据反应pH的变化和反应温度的变化，微调沉淀剂溶液和络合剂溶液的流速，沉淀剂溶液的进料速度在100～150L/h范围内，络合剂的进料速度在30～40L/h范围内，微调沉淀剂溶液和络合剂溶液的目的是保持反应pH在11.6～11.8范围内，保持上清液中的氨浓度在15～18g/L范围内，同时控制反应温度在50～55℃范围内，调整搅拌速度在300～350rpm范围内，直到得到镍钴铝三元前驱体半成品的D50达到10μm为止，停止向反应釜内进料，并对镍钴铝三元前驱体半成品进行离心洗涤，烘干，筛分，除铁，得到镍钴铝NCA三元前驱体。经过检测，本实施例制备得到的镍钴铝NCA三元前驱体中的镍、钴和铝的摩尔比为80:16:4；因为本实施例中的混合溶液中的镍与钴的摩尔比为93.3:16.7，镍钴铝的摩尔比通过NC二元液与偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镍钴铝三元梯度正极材料前驱体的产量化生产方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：/nS1、配制含有镍离子和钴离子的混合溶液；配制偏铝酸钠溶液、沉淀剂溶液和络合剂溶液，待用；/nS2、向含有底液的反应釜中通入保护气体，搅拌，并加入聚合物微球，所述底液的pH为11～12；/nS3、将混合溶液、偏铝酸钠溶液、沉淀剂溶液和络合剂溶液同时注入到所述S2中所述的反应釜中，进行共沉淀反应，直到获得的镍钴铝三元前驱体半成品的D50达到目标粒径为止，停止向所述反应釜内进料，并对所述镍钴铝三元前驱体半成品进行后处理，得到镍钴铝三元前驱体。/n

【技术特征摘要】
1.一种镍钴铝三元梯度正极材料前驱体的产量化生产方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、配制含有镍离子和钴离子的混合溶液；配制偏铝酸钠溶液、沉淀剂溶液和络合剂溶液，待用；
S2、向含有底液的反应釜中通入保护气体，搅拌，并加入聚合物微球，所述底液的pH为11～12；
S3、将混合溶液、偏铝酸钠溶液、沉淀剂溶液和络合剂溶液同时注入到所述S2中所述的反应釜中，进行共沉淀反应，直到获得的镍钴铝三元前驱体半成品的D50达到目标粒径为止，停止向所述反应釜内进料，并对所述镍钴铝三元前驱体半成品进行后处理，得到镍钴铝三元前驱体。


2.如权利要求1所述的镍钴铝三元梯度正极材料前驱体的产量化生产方法，其特征在于，所述S1中，所述混合溶液中的总金属离子浓度为1～3mol/L；所述偏铝酸钠溶液中铝元素的含量为0.1～0.5mol/L；所述沉淀剂溶液为浓度为30％～42％的工业液碱，所述络合剂溶液为浓度为10％～20％的氨水。


3.如权利要求1所述的镍钴铝三元梯度正极材料前驱体的产量化生产方法，其特征在于，所述S1中，所述偏铝酸钠溶液的配制过程包括：将十八水硫酸铝溶解于水中，并加入浓度为30％～42％的工业液碱，得到偏铝酸钠溶液；其中所述水与所述工业液碱的体积比为(8～12):1。


4.如权利要求1所述的镍钴铝三元梯度正极材料前驱体的产量化生产方...

【专利技术属性】
技术研发人员：许开华，蒋振康，张坤，李聪，孙海波，陈康，黎俊，范亮姣，
申请(专利权)人：荆门市格林美新材料有限公司，格林美股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42