一种锂离子电池正极材料前驱体及其制备方法_2

文档序号:9789477阅读:来源:国知局
均匀后的铝盐络合液以流速V加入到反应容器中,其中,O < Vi,V2,---Vn < V,n 2 =,在反应过程中通过改变流速V1、V2、….Vn来改变外壳的组成。
[0033]优选地,所述流速V的取值范围为20_100L/h。
[0034]优选地,所述各组铝盐络合液中,铝离子的浓度为0.01-0.45mol/L。
[0035]优选地,所述各组铝盐络合液中,所述第二络合剂与铝盐的摩尔比为3:4?4:4。
[0036]优选地,步骤(2)中,每隔l_2h改变加入到所述搅拌槽中的各组铝盐络合液的流速Vl、V2、.".Vno
[0037]进一步优选地,每隔I_2h,将浓度最小的铝盐络合液的流速降低(O?20% ) V L/h,将浓度最大的铝盐络合液的流速提高(O?20 % ) V L/h ο BP,浓度最小的铝盐络合液的流速的降低幅度为所述流速V的(O?20%),浓度最大的铝盐络合液的流速的提高幅度为所述流速V的(O?20%)。
[0038]更优选地,每隔l-2h,将浓度最小的铝盐络合液的流速降低3-10L/h,将浓度最大的铝盐络合液的流速提高2-5L/h。
[0039]如本发明所述的,本发明在制备浓度逐渐变化的外壳材料时,通过改变流速V1、V2、….Vn来改变外壳的组成,将浓度较大的铝盐络合液先以较小的速度加入到所述搅拌槽中,浓度较小的铝盐络合液先以较大的速度加入到所述搅拌槽中,在反应过程中,逐渐提高浓度较大的铝盐络合液的滴加速度,逐渐降低浓度较小的铝盐络合液的滴加速度,并将混合后的铝盐络合液以恒定的速度加入到所述反应容器中,从而使得镍的含量自内核与外壳的界面向外壳表面逐渐降低,铝的含量自内向外逐渐升高,避免了铝含量突然发生较大程度的变化。
[0040]优选地,步骤(2)中,在所述共沉淀反应中,随着外壳中铝含量的增大,反应温度逐渐升高,反应的PH值逐渐减小。由于内核(镍钴二元氢氧化物)合成所需的温度较低,这样能够在反应容器中较好地控制粒径,而外壳中镍钴铝三元氢氧化物则在较高温度条件下更容易长成类球状的颗粒,另外,由于氢氧化铝为两性氢氧化物,在较高的PH下,共沉淀时容易生成絮状沉淀,故而要适当地减小pH。本发明通过在第二步的共沉淀反应中,逐渐升高反应温度、减少反应PH,可以更好地控制内核、外壳的形貌、尺寸。
[0041 ]进一步优选地,每隔l-2h,将所述反应温度提高0_8°C,将所述pH值降低0.01-0.15ο
[0042]更优选地,每隔l-2h,将反应温度提高1_7°C,将反应pH值降低0.01-0.15。
[0043]更优选地,每隔l-2h,将反应温度提高1_3°C,将反应pH值降低0.01-0.05。
[0044]优选地,步骤(2)中,所述共沉淀反应的时间为8_25h。
[0045]优选地,步骤(3)中,在所述陈化之前,调节体系的pH至11-12。
[0046]优选地,所述陈化的时间为2?24h。
[0047]优选地,所述内核为球形或类球形,所述内核的直径为3.0-18.Ομπι。
[0048]优选地,所述外壳为球形或类球形,所述外壳的厚度为0.5-6.5μηι。
[0049]优选地,所述正极材料前驱体的振实密度为1.5-2.4g/cm3,松装密度20.8g/cm3。
[0050]本发明具有如下有益效果:
[0051](I)本发明提供的锂离子电池正极材料前驱体为核壳结构,包括内核和外壳,正极材料前驱体的内核为组分不变的氢氧化镍钴,外壳为组分逐渐变化的镍钴铝氢氧化物,所述正极材料前驱体兼具内核材料高比容量与外壳材料高稳定性的优势,在用作锂离子电池正极材料时可有效抑制镍离子的使正极锂镍混排度低、循环稳定性好、比容量高;
[0052](2)本发明提供的锂离子电池正极材料前驱体的制备方法,工艺简单、操作方便,反应条件可以逐步调节,易于控制,可以减少小颗粒的生成,改善核壳材料的粒度分布,产品的形貌、粒径的可控度高,易于规模化推广应用。
【附图说明】
[0053]图1是本发明实施例1制备的锂离子电池正极材料前驱体的扫描电子显微镜(SEM)图;
[0054]图2是本发明实施例2制备的锂离子电池正极材料前驱体的SEM图;
[0055]图3是本发明实施例3制备的锂离子电池正极材料前驱体的SEM图;
[0056]图4是本发明实施例4制备的锂离子电池正极材料前驱体的SEM图。
【具体实施方式】
[0057]以下所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
[0058]实施例1
[0059 ] 一种锂离子电池正极材料前驱体的制备方法,包括以下步骤:
[0060] (I)内核的制备:按硫酸镍、硫酸钴的摩尔浓度比为9:1配制镍钴混合盐溶液,其中镍、钴离子的总浓度为I.5mol/L;配制18wt %的氨水,6mol/L的氢氧化钠溶液,以氨水为络合剂,NaOH为沉淀剂。用计量栗将镍钴混合盐溶液以120L/h的速度加入反应釜,氨水以15L/h的速度加入反应爸进行共沉淀反应,反应温度为65°C,pH值控制在11.0,反应16h,得到内核,即[Ni(OH)2]0.9.[Co(OH)2J0.1;
[0061 ] (2)核壳结构的形成:配制铝离子浓度分别为0.015mOl/L、0.150mOl/L的铝盐络合溶液A1、A2,各组铝盐络合液均是由EDTA 二钠盐和硫酸铝混合配置而成,将铝盐络合溶液八丄以30L/h、A2&0L/h的流速加入到铝盐络合液高位槽中并混合均匀,继续向步骤(I)的上述反应釜中以90L/h的速度加入上述镍钴混合液,以30L/h的流速将高位槽中混合均匀后的铝盐络合液同时加入到反应釜中,并以15L/h的流速加入18wt%的氨水以及6mol/L的氢氧化钠溶液,控制反应温度为65°C,pH为10.98;
[0062]反应1.5h后,调节A1以流速25L/h、A2&5L/h的速度加入到铝盐络合液高位槽中,待混合均匀后,将混合均匀后的铝盐络合液再以30L/h的速度加入到反应釜中,控制反应温度为67.5°(3 411为10.97;
[0063]反应1.5h后,调节A1WsolzIkA2 W1L/h的流速加入到铝盐络合液高位槽中,待混合均匀后,将混合均匀后的铝盐络合液再以30L/h的速度加入到反应釜中,控制反应温度为70°C,pHSl0.95;
[0064]反应1.511后,调节41以151711^2以151711的流速加入到铝盐络合液高位槽中,待混合均匀后,将混合均匀后的铝盐络合液再以30L/h的速度加入到反应釜中,控制反应温度为75。。城为10.93;
[0065]反应1.5h后,调节A1W1lzIkA2 W20L/h的流速加入到铝盐络合液高位槽中,待混合均匀后,将混合均匀后的铝盐络合液再以30L/h的速度加入到反应釜中,控制反应温度为77.5°C,pHSl0.92;
[0066]反应1.5h后,调节A1WSLAkA2W25L/h的流速加入到铝盐络合液高位槽中,待混合均匀后,将混合均匀后的铝盐络合液再以30L/h的速度加入到反应釜中。控制反应温度为77.5°C,pHSl0.92;
[0067]反应1.5h后,调节A1WOLAkA2W30L/h的流速加入到铝盐络合液高位槽中,接着再加入到反应釜中。控制反应温度为77.5°C,pH为10.92 ;
[0068](3)待反应结束,将产物在陈化槽中陈化,调节pH为12.0,陈化8h,离心洗涤,再闪蒸烘干,得到固体产物,即核壳结构的锂离子电池正极材料前驱体。
[0069]本实施例1制得的所述正极材料前驱体包括内核和外壳,所述内核为组分不变的[Ni(OH)2J0.9.[Co(OH)2K1,所述外壳为组成逐渐变化的[Ni(0H)2]a.[Co(OH)2Jb.[Al(0!1)3]。,其中,0.8<&<0.9,0<13<0.1,0<。<0.1,&+匕+0 = 1,且&/13 = 9,具体地,所述外壳从[Ni(OH)2]0.89.[Co(OH)2J0.099.[A1(OH)3]0.011 逐渐变化为[Ni(OH)2]0.82.[Co(OH)2]0.091.[A1(OH)3]0.089,内核为球形,内核的直径为13.7μπι,外壳为球形,外壳的厚度为5.8μm,自内核与外壳的界面向外壳表面,镍的含量逐渐降低,钴的含量逐渐降低,铝的含量逐渐升尚O
[0070]经SEM表征(图1),本实施例1制得的所述正极材料
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