一种正极材料前驱体、正极材料及其制备方法、应用技术

本发明专利技术公开了一种正极材料前驱体、正极材料及其制备方法、应用。该正极材料前驱体的制备方法包括如下步骤：将过渡金属的盐溶液与沉淀剂溶液在超重力条件下混合，进行共沉淀反应，获得沉淀物，即可；其中，过渡金属选自镍、铁、锰、铜、铝、铈、钴、锌、锡和钛中的一种或多种；超重力条件下的转速为500

【技术实现步骤摘要】
一种正极材料前驱体、正极材料及其制备方法、应用


[0001]本专利技术涉及一种正极材料前驱体、正极材料及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]电池在人们的日常生活和工作以及工业生产中的应用越来越广泛，如日常用的电子产品，交通出行的低速电动车和电动汽车，储能用的电池装置，等等。电池的电极材料的生产往往要首先制造前驱体，其作用是实现金属离子微观尺度上的均匀混合，并同时形成大小以及形貌符合要求的纳米或微米级颗粒，便于后续的材料的烧制以及电极的制作，把材料的本征电化学容量发挥出来。目前电动汽车中广泛使用的三元锂电正极材料就是用这样的生产工艺制造的。钠离子电池以其高安全性、丰富的原材料以及低成本等特点成为了近年来电池技术的研发热点。
[0003]钠离子电池的正极材料是钠离子电池的关键材料之一，其中层状结构过渡金属氧化物具有较高比容量以及其与目前市场上比较成熟的锂电池的正极材料在合成以及电池制造方面的许多类同性，是钠离子电池正极材料有潜力得到商业化生产的材料之一。这种钠离子电池的层状结构过渡金属氧化物正极材料比较优化的制造工艺也是从生产共沉淀的前驱体开始的。
[0004]目前工业上成熟的生产共沉淀前驱体材料的方法是在搅拌反应器中进行的。需要沉淀的金属离子盐溶液通过计量泵加入到搅拌的反应器中，同时加入沉淀剂(例如，NaOH，Na2CO3，草酸钠Na2C2O4等)。为了确保反应器内的浓度均一，需要选型设计合适的搅拌器以及采用高搅拌转速。另外，加料要尽量地慢以及料液的浓度要尽量的低，以避免局部的反应物浓度过高而形成大小不一、密实度不高的颗粒。因此，搅拌釜共沉淀生产前驱体的方法效率很低，达到一定产量的共沉淀设备非常庞大，生产出产品的一致性难以控制，从而使得生产难度和生产成本较高。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中共沉淀法生产电池正极材料前驱体效率低、一致性难以控制的缺陷，提供一种正极材料前驱体、正极材料及其制备方法、应用。本专利技术的正极材料前驱体的制备方法效率高，制备的正极材料前驱体一致性良好。
[0006]本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
[0007]一种正极材料前驱体的制备方法，其包括如下步骤：
[0008]将过渡金属的盐溶液与沉淀剂在超重力条件下混合，进行共沉淀反应，获得沉淀物，即可；其中，
[0009]所述过渡金属选自镍、铁、锰、铜、铝、钴、锌、铈、锡和钛中的一种或多种；
[0010]所述超重力条件下的转速为500
‑
3000rpm。
[0011]本专利技术中，所述正极材料前驱体较佳地为用于钠离子电池正极材料前驱体。
[0012]本专利技术中，所述正极材料前驱体较佳地为镍铁锰三元前驱体。
[0013]本专利技术中，较佳地，所述过渡金属较佳地为镍、铁和锰。其中，镍、铁、锰的摩尔比较佳地为(0
‑
8)：(1
‑
8)：(1
‑
5)，例如1:1:1。
[0014]本专利技术中，较佳地，所述过渡金属的盐溶液中的盐的种类可为本领域常规的盐，例如硫酸盐。
[0015]本专利技术中，较佳地，所述过渡金属的盐溶液包括硫酸镍、硫酸亚锰和硫酸亚铁的混合溶液。
[0016]本专利技术中，较佳地，所述过渡金属的盐溶液的浓度为0.5
‑
4mol/L，更佳地为2mol/L，其中，所述浓度是指盐溶液中所有过渡金属离子的总浓度。
[0017]本专利技术中，所述沉淀剂溶液中的沉淀剂可为本领域常规的沉淀剂，例如氢氧化钠。
[0018]本专利技术中，所述沉淀剂溶液中的阴离子可选自OH
‑
，CO
32
‑
、HCO3‑
或草酸根C2O
42
‑
，例如：所述沉淀剂溶液为氢氧化钠溶液。
[0019]本专利技术中，较佳地，所述沉淀剂溶液的浓度为0.5
‑
8mol/L，更佳地为2mol/L。
[0020]本专利技术中，所述沉淀剂溶液中还可按照本领域常规添加络合剂。
[0021]其中，所述络合剂可为本领域常规的络合剂，例如氨水，所述氨水浓度较佳地为0.3
‑
1mol/L，例如0.56mol/L。
[0022]本专利技术中，较佳地，所述超重力条件下的转速为1800
‑
3000rpm，例如2200rpm、2500rpm或2700rpm。
[0023]本专利技术中，超重力是指物质在一种比地球重力加速度(9.8m/s2)大得多的环境中所受到比地球引力大得多的力，超重力一般是通过高速旋转来实现。不同的反应物按配比进到高速旋转的反应腔里，其内部充装满了不同结构的填料。进入腔内的流体在高速旋转所产生的离心力作用下被快速分散和混合，从而实现流体间快速的微观尺度的混合反应。
[0024]本专利技术中，通过超重力可以实现盐溶液与沉淀剂(碱)溶液的快速微观尺度混合，实现了共沉淀反应时浓度一致，所形成的沉淀颗粒大小更加均匀。
[0025]本专利技术中，所述超重力的条件可通过超重力混合器来实现。超重力混合器的填料采用柱状和网状均可。所述超重力混合器可选自常规市售可得的超重力混合器，例如厂家为北京凯美诺科技有限公司，超重力混合器设备型号为KMN
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BCUT
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2021
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06。
[0026]其中，在所述超重力混合器中，所述过渡金属的盐溶液和所述沉淀剂溶液以一定流量泵入超重力混合器中，进行快速反应。
[0027]较佳地，所述过渡金属的盐溶液和所述沉淀剂溶液以(0.8
‑
1.2):(0.8
‑
1.2)的流量之比(L/min：L/min)泵入所述超重力混合器中。所述流量之比较佳地为1：1(L/min：L/min)。
[0028]本专利技术中，较佳地，所述过渡金属的盐溶液泵入所述超重力混合器的流量为0.5
‑
4L/min，例如1L/min或2L/min。
[0029]本专利技术中，较佳地，所述沉淀剂溶液泵入所述超重力混合器的流量为0.5
‑
4L/min，例如1L/min或2L/min。
[0030]本专利技术中，较佳地，所述共沉淀反应的温度为40
‑
60℃，较佳地为50℃。
[0031]本专利技术中，较佳地，所述共沉淀反应的时间为0.01
‑
0.1s。反应时间即为物料在超重力混合器内的停留时间，可以根据反应器填料的直径，厚度和反应器转速确定，依据基本的物理方程可计算得到。
[0032]本专利技术中，在所述共沉淀反应后、获得所述沉淀物之前，还可按照本领域常规进行固液分离、洗涤、干燥，从而获得所述沉淀物。
[0033]其中，所述固液分离的操作可为本领域常规的固液分离操作，例如抽滤、离心或压滤。
[0034]其中，所述干燥的操作可为本领域常规的干燥本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极材料前驱体的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：将过渡金属的盐溶液与沉淀剂溶液在超重力条件下混合，进行共沉淀反应，获得沉淀物，即可；其中，所述过渡金属选自镍、铁、锰、铜、铝、铈、钴、锌、锡和钛中的一种或多种；所述超重力条件下的转速为500
‑
3000rpm。2.如权利要求1所述的正极材料前驱体的制备方法，其特征在于，所述正极材料前驱体为用于钠离子电池的正极材料前驱体；和/或，所述正极材料前驱体为镍铁锰三元前驱体；和/或，所述过渡金属为镍、铁和锰；其中，镍、铁、锰的摩尔比较佳地为(0
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8)：(1
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8)：(1
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5)，例如1:1:1；和/或，所述过渡金属的盐溶液中的盐的种类为硫酸盐；和/或，所述过渡金属的盐溶液包括硫酸镍、硫酸亚锰和硫酸亚铁的混合溶液；和/或，所述过渡金属的盐溶液的浓度为0.5
‑
4mol/L，较佳地为2mol/L，其中，所述浓度是指盐溶液中所有过渡金属离子的总浓度；和/或，所述沉淀剂溶液中的阴离子选自OH
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、CO
32
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、HCO3‑
或草酸根C2O
42
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，例如，所述沉淀剂溶液为氢氧化钠溶液；和/或，所述沉淀剂溶液的浓度为0.5
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8mol/L，较佳地为2mol/L；和/或，所述沉淀剂溶液中还包括络合剂，所述络合剂可为氨水，所述氨水的浓度较佳地为0.3
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1mol/L，例如0.56mol/L。3.如权利要求1所述的正极材料前驱体的制备方法，其特征在于，所述超重力混合器的转速为1800
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3000rpm，例如2200rpm、2500rpm或2700rpm；和/或，所述超重力的条件通过超重力混合器来实现；其中，较佳地，所述过渡金属的盐溶液和所述沉淀剂溶液以(0.8
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1.2):(0.8
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1.2)的流量之比泵入所述超重力混合器中；所述流量之比较佳地为1：1；较佳地，所述过渡金属的盐溶液泵入所述超重力混合器的流量为0.5
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4L/min，例如1L/min或2L/min；较佳地，所述沉淀剂溶液泵入所述超重力混合器的流量为0.5
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4L/min，例如1L/min或2L/min；和/或，所述共沉淀反应的温度为40
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60℃，较佳地为50℃；和/或，所述共沉淀反应的时间为0.01
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0.1s；和/或，在所述共沉淀反应后、获得所述沉淀物之前，还进行固液分离、洗涤、干燥，从而获得所述沉淀物；其中，所述固液分离的操作可为抽滤、离心或压...

【专利技术属性】
技术研发人员：车海英，王洁欣，罗鹏森，廖建平，初广文，陈建峰，马紫峰，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：