[發(fā)明專利]一種球形度高且表面致密低雜質(zhì)的鎳鈷錳三元材料前驅(qū)體及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810473691.5
• 申請(qǐng)日: 2018-05-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108615868B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭書(shū)成;張素芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽同心新材料科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 安徽知問(wèn)律師事務(wù)所 34134
• 代理人: 韋超峰;胡鋒鋒

本發(fā)明公開(kāi)了一種球形度高且表面致密低雜質(zhì)的鎳鈷錳三元材料前驅(qū)體及其制備方法和應(yīng)用，屬于鋰離子電池制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的制備方法包括以下步驟：將鎳源、鈷源、錳源化合物溶解在去離子水中配制成一定濃度的溶液；然后將配制好的溶液與濃氨水混合后，與沉淀劑、銨鹽溶液并流進(jìn)入反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)；隨后將所得前驅(qū)體料漿經(jīng)水洗、再漿、再水洗，再漿過(guò)程中將入一定量的堿溶液；最后經(jīng)噴霧干燥，即可得到本發(fā)明的鎳鈷錳三元材料前驅(qū)體。采用本發(fā)明的方法能夠制備所得鎳鈷錳三元材料前驅(qū)體的結(jié)晶度好、產(chǎn)品球形度高且表面致密、產(chǎn)品中的雜質(zhì)含量極低，可用于制備性能更佳的鋰離子電池正極材料?鎳鈷錳酸鋰。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種在液相體系下通過(guò)金屬離子共沉淀工藝制備球形度高且表面致密的高鎳系鎳鈷錳三元材料前驅(qū)體降硫、除雜制備工藝，通過(guò)該方法可以制備得到電化學(xué)活性高的鎳鈷錳酸鋰、以該鎳鈷錳酸鋰為主體的正極材料及包含有該正極材料的二次電池。

背景技術(shù)

鋰離子電池因具有電壓高、能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)而倍受青睞，正極材料作為目前鋰離子電池中最關(guān)鍵的材料，它的發(fā)展也最值得關(guān)注。三元前驅(qū)體是制造三元材料的主要原材料，生產(chǎn)三元材料需要使用等量的三元前驅(qū)體，三元前驅(qū)體目前約占三元材料成本的55％。由于前驅(qū)體的品質(zhì)(形貌、粒徑、粒徑分布、比表面積、雜質(zhì)含量、振實(shí)密度等)直接決定了最后燒結(jié)產(chǎn)物的理化指標(biāo)，因此前驅(qū)體對(duì)三元材料的生產(chǎn)至關(guān)重要。可以說(shuō)，三元材料60％的技術(shù)含量都在前驅(qū)體工藝?yán)锩妗５壳皣?guó)內(nèi)正極材料廠家普遍忽視三元材料前驅(qū)體的生產(chǎn)和研發(fā)，大部分廠家通常都是直接外購(gòu)前驅(qū)體進(jìn)行燒結(jié)。

目前國(guó)內(nèi)鋰電生產(chǎn)企業(yè)向著擁有更高比容量的高鎳三元材料方向推進(jìn)，其中以622型及 811型鎳鈷錳酸鋰三元正極材料最為常見(jiàn)。其中，622型鎳鈷錳酸鋰比容量高于523型，克容量能達(dá)到160毫安時(shí)以上，甚至在高電壓的情況下能達(dá)到180毫安時(shí)，且加工性能好，高能量，內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，易于在較低的溫度下燒結(jié)。Ni含量越高比容量越高，Ni含量達(dá)到60％以上的材料的重要性逐漸顯現(xiàn)，622類材料的開(kāi)發(fā)成為產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)，并將使用在高端圓柱筆記本電池和高能量密度的EV電池上。

811這種高鎳系材料因?yàn)殒嚭俊⑩捄康投邆涓呷萘俊r(jià)格低等優(yōu)勢(shì)，主要應(yīng)用在小型的高比容的鋁殼電池和高容量圓柱鋰離子電池上面。目前，關(guān)于811這種高鎳系材料日本、韓國(guó)做的較好，如日本的住友之類企業(yè)，國(guó)內(nèi)做的廠家不少，如邦普，大華之類，但大部分企業(yè)還都處于中試階段，量產(chǎn)的規(guī)模比較小，還需等待市場(chǎng)的時(shí)機(jī)。因此，開(kāi)發(fā)研究出適于上述622和811型等高鎳系鎳鈷錳三元材料的前驅(qū)體及其制備工藝，并改善所得鎳鈷錳三元材料前驅(qū)體的結(jié)構(gòu)形貌，降低其雜質(zhì)含量，對(duì)于保證所得高鎳型鎳鈷錳酸鋰三元正極材料的使用性能具有重要的意義。

經(jīng)檢索，關(guān)于鎳鈷錳酸鋰三元材料前驅(qū)體制備工藝的專利報(bào)道已有較多公開(kāi)。如，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01711219583.7，發(fā)明創(chuàng)造名稱為一種低鈉含量硫鎳鈷錳三元素混合氫氧化物的制備方法，該申請(qǐng)案的硫鎳鈷錳三元素混合氫氧化物的制備方法，包括以下步驟：(1)原料制備；(2)原料預(yù)處理；(3)稀堿配制；(4)共沉淀；(5)陳化；(6)洗滌；(7)烘干，其中陳化好的漿料先自然澄清，排去上清液，然后加入濃度為0.5-1％濃度的稀氫氧化鈉溶液進(jìn)行調(diào)漿，調(diào)漿2±0.5小時(shí)后采用離心機(jī)對(duì)漿料進(jìn)行過(guò)濾，過(guò)濾甩干后再分別用稀氫氧化鈉溶液和去離子水進(jìn)行洗滌，最后經(jīng)烘干即可得到低鈉含量硫鎳鈷錳三元素混合氫氧化物，但該申請(qǐng)案制備所得硫鎳鈷錳三元素混合氫氧化物的硫含量仍較高。

發(fā)明內(nèi)容

1.發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的以上不足，而提供了一種球形度高且表面致密低雜質(zhì)的高鎳系鎳鈷錳三元材料前驅(qū)體及其制備方法和應(yīng)用。采用本發(fā)明的方法可以制備得到球形度高、致密性好，且雜質(zhì)含量極低的高鎳系鎳鈷錳三元材料前驅(qū)體，從而保證鎳鈷錳酸鋰三元正極材料的電化學(xué)性能。

2.技術(shù)方案

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：