锂离子动力电池用镍钴铝镁氧化物的制备方法及产品的制作方法_2

文档序号:9378449阅读:来源:国知局
单,制备过程不产生对环境有 害的含氨氮物质,且均相引入高价铝元素来解决材料因循环充放过程中阻抗升高的问题, 提高材料中过渡金属原子的活性浓度,并铝原子取代了部分过渡金属原子形成了固溶体以 升高充放电电压平台和热稳定性,从而提高材料的使用寿命和充放电容量;同时通过均相 引入镁元素来解决因镍离子(Ni2+)半径与锂离子(Li+)半径接近而造成错位现象以及锂离 子的脱嵌效率问题,同时镁原子取代了部分的过渡金属原子,阻止或者消除锂离子与过渡 金属离子的错位,增加了材料的振实密度,相应提高了材料的容量、循环性能和在高氧化态 的热稳定性;所获得的锂离子动力电池用镍钴铝镁氧化物是在无色无味的柠檬酸或者与丙 烯酸混合物体系中合成,是清洁生产工艺,并且镍钴铝镁各元素分布均匀,废水处理过程的 COD处理简单;并且无后续混合工序,能耗低;制备得到的镍钴铝镁氧化物中活性物质含量 高,晶格、晶胞规整,类球形颗粒大而结实,其他离子、电子嵌脱自由,迀移均匀,从而改善了 相应产品的耐高温低温等极端环境下的容量、平台衰减等电化学性能、结构的稳定性。
【附图说明】
[0025] 图1是实施例一的扫描电镜照片;
[0026] 图2是实施例一的放大扫描电镜照片;
[0027] 图3是现有的镍钴锰氢氧化物的扫描电镜照片;
[0028] 图4是现有的机械掺镁型镍钴锰氢氧化物的扫描电镜照片;
[0029] 图5是实施例一的粒径分布图;
[0030] 图6是现有的镍钴锰氢氧化物的粒径分布图;
[0031] 图7是现有的机械掺镁型镍钴锰氢氧化物的粒径分布图。
【具体实施方式】
[0032] 实施例一:该锂离子动力电池用镍钴铝镁氧化物的制备方法,采用共沉淀法制备, 具体步骤如下:
[0033] (1)制备反应溶液:在3500ml水中分别加入氯化镍1037. 5g,氯化钴130g,铝酸纳 64g和氯化镁19g,充分混合,并加入I. 5g丙烯酸(:迟402螯合剂进行搅拌2. 5h混合均勾,制 得具有络合物的反应溶液;
[0034] (2)纯化处理:将具有络合物的反应溶液和沉淀剂40%氢氧化钾溶液分别放入无 磁箱式超滤容器中进行纯化处理,处理时间为4h,分别得到纯化后的反应溶液和纯化后的 沉淀剂;
[0035] (3)沉淀反应:将反应溶液以I. 7L/h的速度,沉淀剂以0. 7L/h的速度分散同时 加入无磁反应釜中,在兼具高线性切削力轴向流、径向湍流的液相环境中控制反应温度为 98°C,PH值10~10. 5,搅拌桨的转速为400转/分;阻流板离无磁反应容器的距离为8cm, 反应时间为16h ;使得镍、钴、镁离子和铝酸根离子通过羟基键的亲合共沉淀,亲合共沉淀 以后在自然状态下以层流的方式重构修饰,得到平均粒径为21 μπι的球状镍钴铝镁四元氢 氧化物、无机盐、螯合剂的混合物的浆料;
[0036] (4)除杂处理:该浆料在90°C水体系中去除无机盐、螯合剂,制得球状镍钴铝镁氢 氧化物基体;
[0037] (5)干燥处理:将该球状镍钴铝镁氢氧化物基体放入盘式烘干机,在120±5°C、氧 含量为18±1%的空气中、0.0 lMpa压力(表压),处理时间为2h进行去水干燥处理;
[0038] (6)重构固化:将干燥处理后的球状镍钴铝镁氢氧化物基体移入煅烧炉,设置温 度为450±5°C,氧含量为18±1%的空气中、O.OIMpa压力(表压)的条件下进行重构固化, 固化时间为5h,得到振实密度2. 8g/cm3、平均粒径20. 49 μπι的动力锂离子电池正极材料前 驱体镍钴铝镁氧化物(镍、钴、铝、镁摩尔比为8 :1 :0. 8 :0. 2);其样品经ICP检测结果如下 表1 :
[0039] 表1 :实施例1所制得的钴镁锰氧化物的质谱(ICP)的测试结果
[0040]
[0041] 其主要性能指标测试结果与现有的同类材料性能的比较,如下表2 :
[0042] 表2 :实施例1所制得的钴镁锰氧化物与现有的同类材料的性能比较
[0044] 实施例二:该锂离子动力电池用镍钴铝镁氧化物的制备方法,采用共沉淀法制备, 具体步骤如下:
[0045] (1)制备反应溶液:在3000ml水中分别加入氯化镍972. 7g,氯化钴130g,铝酸纳 80g和氯化镁47. 6g,充分混合,并加入3. 2g重量比为2 :1的柠檬酸C6H8O7和丙烯酸C 3H402混合物的螯合剂进行搅拌2. 5h混合均匀,制得具有络合物的反应溶液;
[0046] (2)纯化处理:将具有络合物的反应溶液和沉淀剂40%氢氧化钠溶液分别放入无 磁箱式超滤容器中进行纯化处理,处理时间为2h,分别得到纯化后的反应溶液和纯化后的 沉淀剂;
[0047] (3)沉淀反应:将反应溶液以I. 8L/h的速度,沉淀剂以0. 82L/h的速度分散同时 加入无磁反应釜中,在兼具高线性切削力轴向流、径向湍流的液相环境中控制反应温度为 95°C,PH值9. 6~10. 1,搅拌桨的转速为350转/分;阻流板离无磁反应容器的距离为8cm, 反应时间为20h ;使得镍、钴、镁离子和铝酸根离子通过羟基键的亲合共沉淀,亲合共沉淀 以后在自然状态下以层流的方式重构修饰,得到平均粒径为20. 5 μπι的球状镍钴铝镁四元 氢氧化物、无机盐、螯合剂的混合物的浆料;
[0048] (4)除杂处理:该浆料在95°C水体系中去除无机盐、螯合剂,制得球状镍钴铝镁氢 氧化物基体;
[0049] (5)干燥处理:将该球状镍钴铝镁氢氧化物基体放入盘式烘干机,在120±5°C、氧 含量为18±1%的空气中、0.0 lMpa压力(表压),处理时间为2h进行去水干燥处理;
[0050] (6)重构固化:将干燥处理后的球状镍钴铝镁氢氧化物基体移入煅烧炉,设置温 度为410±5°C,氧含量为18±1%的空气中、O.OIMpa压力(表压)的条件下进行重构固化, 固化时间为7h,得到振实密度2. 6g/cm3、平均粒径20 μπι的动力锂离子电池正极材料前驱 体镍钴错镁氧化物(镍、钴、错、镁摩尔比为7. 5 :1 :1 :0. 5)。
[0051] 实施例三:该锂离子动力电池用镍钴铝镁氧化物的制备方法,采用共沉淀法制备, 具体步骤如下:
[0052] (1)制备反应溶液:在3900ml水中分别加入氯化镍1011. 6g,氯化钴130g,铝酸纳 80g和氯化镁19g,充分混合,并加入3. 2g丙烯酸(:迟402螯合剂进行搅拌2. 5h混合均勾,制 得具有络合物的反应溶液;
[0053] (2)纯化处理:将具有络合物的反应溶液和沉淀剂40%氢氧化钠溶液分别放入无 磁箱式超滤容器中进行纯化处理,处理时间为3h,分别得到纯化后的反应溶液和纯化后的 沉淀剂;
[0054] (3)沉淀反应:将反应溶液以I. 5L/h的速度,沉淀剂以0. 6L/h的速度分散同时 加入无磁反应釜中,在兼具高线性切削力轴向流、径向湍流的液相环境中控制反应温度为 98°C,PH值10~10. 5,搅拌桨的转速为450转/分;阻流板离无磁反应容器的距离为5cm, 反应时间为20h ;使得镍、钴、镁离子和铝酸根离子通过羟基键的亲合共沉淀,亲合共沉淀 以后在自然状态下以层流的方式重构修饰,得到平均粒径为19. 5 μ m的球状镍钴铝镁四元 氢氧化物、无机盐、螯合剂的混合物的浆料;
[0055] (4)除杂处理:该浆料在85°C水体系中去除无机盐、螯合剂,制得球状镍钴铝镁氢 氧化物基体;
[0056] (5)干燥处理:将该球状镍钴铝镁氢氧化物基体放入盘式烘干机,在120±5°C、氧 含量为18±1%的空气中、0.0 lMpa压力(表压),处理时间为2h进行去水干燥处理;
[0057] (6)重构固化:将干燥处理后的球状镍钴铝镁氢氧化物基体移入煅烧炉,设置温 度为380±5°C,氧含量为18±1%的空气中、O.OIMpa压力(表压)的条件下进行重构固化, 固化时间为7h,得到振实密度2. 7g/cm3、平均粒径19 μπι的动力锂离子电池正极材料前驱 体镍钴铝镁氧化物(镍、钴、铝、镁摩尔比为7. 8 :1 :1 :0. 2)。
[0058] 实施例四:该锂离子动力电池用镍钴铝镁氧化物的制备方法,采用共沉淀法制备, 具体步骤如下:
[0059] (1)制备反应溶液:在4000ml水中分别加入氯化镍933. 8g,氯化钴130g,铝酸钾 80g和氯化镁76. 2g,充分混合,并加入3. 5g重量比为2 :1的柠檬酸C6HsOdP丙烯酸C 3H402混合物的螯合剂进行搅拌3h混合均匀,制得具有络合物的反应溶液;
[0060] (2)纯化处理:将具有络合物的反应溶液和沉淀剂30%氢氧化钾溶液分别放入无 磁箱式超滤容器中进行纯化处理,处理时间为3h,分别得到纯化后的反应溶液和纯化后的 沉淀剂;
[0061] (3)沉淀反应:将反应溶液以I. 5L/h的速度,沉淀剂以0. 7L/h的速度分散同时 加入无磁反应釜中,在兼具高线性切削力轴向流、径向湍流的液相环境中控制反应温度为 95 °C,PH值9. 8~10. 3,搅拌桨的转速为350转/分;阻流板离无磁反应容器的距离为 10cm,反应时间为20h ;使得镍、钴、镁离子和铝酸根离子通过羟基键的亲合共沉淀,亲合共 沉淀以后在自然状态下以层流的方式重构修饰,得到平均粒径为20. 5 μπι的球状镍钴铝镁 四元氢氧化物、无机盐、螯合剂的混合物的浆料;
[0062] (4)除杂处理:该浆料在9
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