高容量正极材料的前驱体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于锂离子电池材料技术领域，公开了高容量正极材料的前驱体及其制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
高容量正极材料的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材料
，具体涉及高容量正极材料的前驱体及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]在全球能源结构转型和新能源产业迅速发展的背景下，锂离子电池材料被广泛应用于储能
、
电动工具
、
电动汽车等领域，相较于低镍材料，高镍材料因具有更高的能量密度及更低的成本优势受到市场青睐
。
兼具高比表面积和高振实密度的前驱体能够烧结得到高容量的正极材料
。
[0003]申请号为
CN202011636978.9
的专利文献提供了一种多孔正极材料前驱体
、
其制备方法及三元正极材料
。
通过在前驱体的制备过程的不同阶段选择不同的表面活性剂并控制
pH
，能够使前驱体的核层结构更致密
、
壳层结构更疏松，有利于在提高比表面积的同时，避免振实密度的显著下降，提高材料的倍率性能和结构稳定性
。
该制备方法需要在反应过程中添加制孔剂（空气或者丙三醇等），操作较复杂
。
[0004]申请号为
CN202210328520.X
的专利文献提供了一种三元正极材料的前驱体的合成方法
。
前驱体合成过程中包括三个阶段，第Ⅰ阶段为快速成核阶段，第Ⅱ阶段为中间匀速生长阶段，第Ⅲ阶段为缓慢生长阶段
。
通过调节不同阶段的
pH
值<br/>、
混合盐溶液流量
、
氧化性气体的流量以及转速，控制前驱体的形貌和性能
。
通过调节
pH
值和混合盐溶液流量大小可以控制前驱体生长阶段粒径的大小；通过调节氧化性气体流量和转速可以细化一次颗粒，改善一次颗粒团聚现象，通过低氨浓度的调控可以改善前驱体的球形度，得到疏松多孔
、
球形度高的前驱体
。
制备得到的前驱体的比表面积大，振实密度较高
。
但过程参数调整较多，工艺相对复杂
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术的主要目的是提供一种工艺流程简单的高容量的高镍正极材料的前驱体的制备方法
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供以下具体的技术方案
。
[0007]一种高镍正极材料的前驱体的制备方法，包括以下步骤：（1）共沉淀反应：在反应釜底液中持续并流通入过渡金属盐溶液
、
沉淀剂溶液，进行共沉淀反应，得到反应浆料；所述过渡金属盐溶液为镍盐溶液
、
钴盐溶液和锰盐溶液的混合溶液，且所述反应釜底液的
pH
值为
11~11.5
，氨浓度为
1~5g/L
；其中，共沉淀反应包括成核和生长两个阶段；控制成核阶段反应体系的
pH
值为
11.0~11.5
；所述成核阶段的反应时长为共沉淀反应总时长的
2~10%
；控制生长阶段反应体系的
pH
值为
9.8~10.2
；生长阶段过渡金属盐溶液的流量为成
核阶段过渡金属盐溶液流量的
3~8
倍；（2）待所述反应浆料的粒度达到目标粒度后，陈化所述反应浆料，然后过滤所述反应浆料，洗涤
、
干燥固相，得到前驱体
。
[0008]在进一步的优选方案中，所述过渡金属盐溶液中金属离子的总浓度为
1.5~2.5mol/L。
[0009]在进一步的优选方案中，所述沉淀剂溶液为碱液，浓度为
6~12mol/L。
进一步优选所述沉淀剂溶液选自
NaOH
溶液
、KOH
溶液中的至少一种
。
[0010]在进一步的优选方案中，所述反应釜底液的体积为反应釜体积的
1/3~2/3。
[0011]在进一步的优选方案中，所述共沉淀反应在无保护性气氛下进行
。
[0012]在进一步的优选方案中，所述成核阶段的转速为7‑
9m/s。
[0013]在进一步的优选方案中，所述生长阶段的转速为6‑
8m/s。
[0014]在进一步的优选方案中，所述目标粒度为
3~5
μ
m。
[0015]基于同样的专利技术构思，本专利技术提供前述制备方法制备得到的高镍正极材料的前驱体
。
[0016]进一步地，所述高镍正极材料的前驱体化学式为
Ni
x
Co
y
Mn
z
(OH)2，其中，
x+y+z=1
，
0.8
＜
x≤1
，
0≤y
＜
0.1
，
0≤z
＜
0.1。
[0017]进一步地，所述高镍正极材料的前驱体比表面积不小于
20m2/g
，振实密度不小于
1.55g/cm3。
[0018]此外，本专利技术提供上述高镍正极材料的前驱体在制备锂离子电池正极材料中的应用
。
[0019]本专利技术具有以下明显的有益技术效果：在共沉淀法过程中，无需持续通入氨水作为络合剂，降低了能耗
。
[0020]共沉淀过程中，不要求反应气氛为保护性气氛，正常的大气环境即可，不仅降低了能耗和成本，也降低了操作难度和对操作过程的要求
。
[0021]通过上述方法制备得到的前驱体比表面积
≥20m2/g
，振实密度
≥1.55g/cm3，兼具高比表面积和较高振实密度，为进一步制备得到性能良好的正极材料打下了良好的基础
。
[0022]本专利技术的共沉淀过程为简单的两段控制，过程简单易操作，企业的现有场地
、
设备等均满足要求，无需大规模调整设备和生产线，具有极大的工业实用性
。
附图说明
[0023]图1为实施例1得到的前驱体的
SEM
图
。
[0024]图2为实施例2得到的前驱体的
SEM
图
。
[0025]图3为实施例2得到的前驱体的剖面
SEM
图
。
[0026]图4为对比例1得到的前驱体的
SEM
图
。
[0027]图5为对比例2得到的前驱体的
SEM
图
。
具体实施方式
[0028]在共沉淀法制备得到兼具高比表面积和较高振实密度的前驱体时，本领域通常在共沉淀过程中持续并流加入过渡金属盐溶液
、
沉淀剂溶液和络合剂溶液
。 本专利技术另辟蹊
径，在无保护性气氛环境下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高镍正极材料的前驱体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）共沉淀反应：在反应釜底液中持续并流通入过渡金属盐溶液
、
沉淀剂溶液，进行共沉淀反应，得到反应浆料；所述过渡金属盐溶液为镍盐溶液
、
钴盐溶液和锰盐溶液的混合溶液，且所述反应釜底液的
pH
值为
11~11.5
，氨浓度为
1~5g/L
；其中，共沉淀反应包括成核和生长两个阶段；控制成核阶段反应体系的
pH
值为
11.0~11.5
；所述成核阶段的反应时长为共沉淀反应总时长的
2~10%
；控制生长阶段反应体系的
pH
值为
9.8~10.2
；生长阶段过渡金属盐溶液的流量为成核阶段过渡金属盐溶液流量的
3~8
倍；（2）待所述反应浆料的粒度达到目标粒度后，陈化所述反应浆料，然后过滤所述反应浆料，洗涤
、
干燥固相，得到前驱体
。2.
如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述过渡金属盐溶液中过渡金属离子的总浓度为
1.5~2.5mol/L。3.
如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂溶液为碱液，浓度为
6~12mol/L
；优选地，所述沉淀剂溶液选自
NaOH
溶液
、KOH
溶液中的至少一种
。4.<...

【专利技术属性】
技术研发人员：程诚，吴桐雨，丁睿达，刘庭杰，张海艳，胡志兵，
申请(专利权)人：湖南长远锂科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：