一种高镍三元前驱体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高镍三元前驱体及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：向含有沉淀剂和氨水的氧含量低于1％的底液中分别加入金属盐、氨水和沉淀剂进行共沉淀反应，制得所述高镍三元前驱体；所述共沉淀反应为：先通入保护气体进行反应，再通入含氧气体反应，所述共沉淀反应的温度为25～40℃，氨水浓度为0.5～2.5g/L。本发明专利技术中的制备方法通过在反应前期使用无氧底液及通入氮气形核，减轻反应前期的团聚问题；整个制备过程在极低氨浓度下进行可细化一次颗粒；本发明专利技术采用较低的反应温度，一方面对一次颗粒细化有积极作用，另一方面，可避免在低氨环境下二次形核的产生。可避免在低氨环境下二次形核的产生。

【技术实现步骤摘要】
一种高镍三元前驱体及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池领域，具体涉及一种高镍三元前驱体及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池凭借电压稳定、容量高、能量密度大、自放电少、循环稳定、消耗低、环境友好等优势广泛应用于电动车、电动工具、3C等领域，随着科技发展，电池的能量密度和安全性要求越来越高，三元系材料具有高的可逆比容量，可以更好的满足电子产品日益小型化和多功能化的要求，三元前驱体的形貌、粒度、比表面积、振实密度等理化指标很大程度上决定了三元正极材料的性能。
[0003]高镍单晶三元正极材料具有比容量高、污染小、价格适中、与电解液匹配好等优点，成为正极材料关注的焦点，被认为是一种非常有发展前景的锂离子电池正极材料，在动力电池领域有非常广阔的市场。相对于高镍多晶三元正极材料，高镍单晶三元正极材料的晶界少，内阻低，具有更好的循环性能。此外，高镍单晶三元正极材料的机械强度比高镍多晶三元正极材料高，具有更高的压实密度。
[0004]在实际生产中，采用共沉淀法制备三元前驱体，其颗粒易发生团聚，产生孪生球或者团聚体且球形度较差。三元前驱体颗粒的团聚现象对后续产品的理化指标和电性能产生不良的影响。为了提高三元锂离子电池的能量密度和充放电性能，需要三元前驱体材料同时具备高振实密度(TD)和高比表面积(BET)。而细化一次颗粒是同时提高振实密度和比表面积的有效途径，但现有的制备方法为细化一次颗粒，通常采用较高的pH或较低的氨浓度来细化一次颗粒，这种方法容易导致前驱体在后续反应过程中二次形核，破坏一次颗粒的粒度分布，并形成更严重的团聚，从而使制备的正极材料的能量密度较低、充放电性能较差。为了解决上述现有技术在细化一次颗粒时所存在的问题，亟需研发一种制备高分散的高镍三元前驱体的方法。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的之一在于提供一种高镍三元前驱体的制备方法，该制备方法制备出的高镍三元前驱体具有高分散性。
[0006]本专利技术的目的之二在于提供一种高镍三元前驱体。
[0007]本专利技术的目的之三在于提供了一种高镍三元前驱体在锂离子电池领域中的应用。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：
[0009]本专利技术的第一个方面提供了一种高镍三元前驱体的制备方法，包括以下步骤：
[0010]向含有沉淀剂和氨水的氧含量低于1％的底液中分别加入金属盐、氨水和沉淀剂进行共沉淀反应，制得所述高镍三元前驱体；
[0011]所述共沉淀反应为：先通入保护气体进行反应，再通入含氧气体反应，
[0012]所述共沉淀反应的温度为25～40℃，氨水浓度为0.5～2.5g/L。
[0013]本专利技术使用氧含量低于1％的底液以及通入氮气有利于提高反应初期球形度；然后再通入含氧气体通过空气氧化，一方面提高反应速率，一方面进一步细化一次颗粒；整个制备过程通过极低温度与氨浓度共同作用，一方面可细化一次颗粒，另一方面可避免二次成核及一次颗粒的团聚，优化球形度。
[0014]优选地，所述底液中，pH为10.5～11.0。
[0015]优选地，所述底液中，氨水浓度为0.5～2.5g/L。
[0016]优选地，所述底液中，温度为25～40℃。
[0017]优选地，所述底液的制备方法为：向含有沉淀剂和氨水的底液中通入保护气体使底液中的氧含量低于1％。
[0018]优选地，所述底液的制备方法中，通入保护气体所需时间为4～6h。向底液中通入保护气体的时间和量根据底液中的氧含量而定，当底液中的氧含量低于1％时，可以停止通入保护气体。
[0019]优选地，所述金属盐为金属盐溶液。
[0020]优选地，所述金属盐溶液的加入流量为100～800L/h。
[0021]优选地，所述金属盐溶液中的金属离子总浓度为115～125g/L。
[0022]优选地，所述金属盐溶液为镍钴锰的可溶盐溶液。
[0023]优选地，所述金属盐溶液中，镍离子、钴离子和锰离子的摩尔比为x：y：z，其中，x+y+z＝100，90≤x<98，0<y<5，z＞0。
[0024]优选地，所述镍钴锰的可溶盐溶液包括硫酸盐溶液、硝酸盐溶液、盐酸盐溶液中的至少一种。
[0025]优选地，所述硫酸盐溶液包括硫酸镍溶液、硫酸钴溶液、硫酸锰溶液中的至少一种。
[0026]优选地，所述硝酸盐溶液包括硝酸镍溶液、硝酸钴溶液、硝酸锰溶液中的至少一种。
[0027]优选地，所述盐酸盐溶液包括盐酸镍溶液、盐酸钴溶液、盐酸锰溶液中的至少一种。
[0028]优选地，所述沉淀剂的加入流量为50～400L/h。
[0029]优选地，所述沉淀剂的浓度为6～10mol/L；进一步优选地，所述沉淀剂的浓度为7～9mol/L；再进一步优选地，所述沉淀剂的浓度为8mol/L。
[0030]优选地，所述沉淀剂包括碱液。
[0031]优选地，所述碱液为氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。
[0032]优选地，所述碱液为工业液碱。
[0033]优选地，所述氨水的加入流量为1～100L/h。
[0034]优选地，所述氨水的浓度为0.4～0.8mol/L；进一步优选地，所述氨水的浓度为0.5～0.7mol/L；再进一步优选地，所述氨水的浓度为0.6mol/L。
[0035]优选地，所述加入金属盐、氨水和沉淀剂的步骤所需时间为60～70h。
[0036]优选地，所述保护气体的流量与金属盐溶液的流量比为(2～3)：1。
[0037]优选地，所述含氧气体的流量与金属盐溶液的流量比为(0.1～0.5)：1。
[0038]优选地，所述共沉淀反应中，通入保护气体所需时间为4～6h。
[0039]优选地，本专利技术所使用的保护气体包括氮气、氩气、氦气中的至少一种；进一步优选地，所述保护气体为氮气。
[0040]优选地，所述共沉淀反应中，通入含氧气体所需时间为54～66h。
[0041]优选地，所述含氧气体包括空气、氧气中的至少一种；进一步优选地，所述含氧气体为空气。
[0042]优选地，所述共沉淀反应的pH为9.5～10。
[0043]优选地，所述共沉淀反应的时间为60～70h。
[0044]优选地，所述制备方法是在带有搅拌器的反应容器中进行。
[0045]优选地，所述金属盐溶液、氨水和沉淀剂的进液口的位置高度与氮气的入气口的位置高度相同，氮气的出气口位于反应容器中的搅拌器上方。
[0046]优选地，所述反应容器中的氧含量＜1％。
[0047]优选地，所述共沉淀反应的搅拌速度为300～500r/min；进一步优选地，所述共沉淀反应的搅拌速度为350～450r/min。
[0048]优选地，所述制备方法还包括陈化、洗涤和干燥的步骤；所述陈化、洗涤和干燥的步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高镍三元前驱体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：向含有沉淀剂和氨水的氧含量低于1％的底液中分别加入金属盐、氨水和沉淀剂进行共沉淀反应，制得所述高镍三元前驱体；所述共沉淀反应为：先通入保护气体进行反应，再通入含氧气体反应，所述共沉淀反应的温度为25～40℃，氨水浓度为0.5～2.5g/L。2.根据权利要求1所述的高镍三元前驱体的制备方法，其特征在于：所述底液中，pH为10.5～11.0；氨水浓度为0.5～2.5g/L；温度为25～40℃。3.根据权利要求1所述的高镍三元前驱体的制备方法，其特征在于：所述金属盐为金属盐溶液，所述金属盐溶液的加入流量为100～800L/h，所述金属盐溶液中的金属离子总浓度为115～125g/L；所述沉淀剂的加入流量为50～400L/h；所述氨水的加入流量为1～100L/h；所述加入金属盐、氨水和沉淀剂的步骤所需时间为60～70h。4.根据权利要求3所述的高镍三元前驱体的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：石倩茜，李长东，张世杰，方珍奇，刘更好，阮丁山，
申请(专利权)人：湖南邦普循环科技有限公司，
类型：发明
国别省市：