[發明專利]一種六邊形片狀鎳鈷錳酸鋰前驅體及其制備方法

有效

• 申請號: 202010104020.9
• 申請日: 2020-02-20
• 公開（公告）號: CN111293305B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 杜柯;胡國榮;彭忠東;曹雁冰;朱芳俊;石游
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525;C01G53/00
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;林毓俊

本發明公開了一種六邊形片狀鎳鈷錳酸鋰前驅體及其制備方法，一次顆粒為六邊形片狀結構，二次顆粒為片狀六邊形相互嵌插形式堆積而成的疏松顆粒。本發明所述的六邊形片狀高鎳型鎳鈷錳酸鋰前驅體從材料的微觀形貌出發，通過添加晶面生長誘導劑來增加共沉淀反應的形核量，控制晶粒的長大速度，從而生成粒度分布均勻且集中的沉淀顆粒，使沉淀顆粒在某個/或某些晶面優先生長，形成具有正六邊形片狀結構的晶體顆粒且是穿插嵌入到前驅體的內部，避免成為點狀、針狀或平鋪式的片狀結構這種垂直嵌入式片狀結構有利于燒結過程中鋰離子的快速嵌入結構，能夠有效地簡化燒結流程，降低燒結溫度，有利于燒結后成為均一的單晶正極材料。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料領域，具體涉及一種六邊形片狀鎳鈷錳酸鋰前驅體及其制備方法。

背景技術

隨著新能源汽車市場的需求越來越大，國內鋰離子電池的需求也快速增長。鋰離子電池的正極材料直接影響鋰離子電池的綜合性能，被認為是鋰離子電池最關鍵的部分。如今，國內外各廠家所研究的正極材料多為細小晶粒團聚而成的二次球形顆粒。傳統的三元材料為了提高密度，通常制成由一次顆粒團聚而成的十微米左右大小的二次球。但這種二次球顆粒在制作電池極片時，在較高的輥壓壓力下，容易發生破碎。而且，電極材料在循環過程中產生的體積膨脹收縮，同樣會導致材料顆粒破碎。這種二次顆粒的破碎，會使內部活性物質裸露，與電解液的副反應增加和金屬離子溶出加劇，導致電學性能下降。

單晶材料由于其獨特的微觀形貌，具有良好的機械強度和耐壓性，在壓實過程中不容易破碎，因此在電極軋制和充放電過程中不容易破裂。由于其晶界數少，應力集中點小，界面穩定，它可以減少在充電和放電過程中由正極材料的相變引起的微裂紋的產生和擴散，減少活性材料與電解質之間的接觸界面，從而減少氣體的產生，所以單晶三元已成為三元材料的一個重要發展方向。

對于單晶三元材料的合成，選擇合適的前驅體至關重要。前驅體的晶體結構、微觀形貌和粒度分布等物理、化學性質決定了后期正極材料的綜合性能。但是目前單晶三元前驅體存在著晶核結晶程度高，晶粒生長時間較長的問題，而且大部分都需要經過二次焙燒，這樣導致材料加工成本增加，能耗較高。

發明內容

本發明的目的是提供一種成本較低的，微觀形貌獨特的六邊形片狀鎳鈷錳酸鋰前驅體及其制備方法。

本發明這種六邊形片狀鎳鈷錳酸鋰前驅體，其一次顆粒為六邊形片狀結構，二次顆粒為片狀六邊形相互嵌插的形式堆積而成的疏松顆粒。

所述的鎳鈷錳酸鋰前驅體的D50為3～5um，一次顆粒片長為400～600nm。

所述的鎳鈷錳酸鋰前驅體的分子式為Ni_aCo_bMn_c(OH)₂，其中，a+b+c＝1，a≥0.6，b≤0.2，c≤0.2。

本發明這種六邊形片狀鎳鈷錳酸鋰前驅體的制備方法，包括以下步驟：

(1)溶液配置：按照分子式Ni_aCo_bMn_c(OH)₂中的金屬元素Ni、Co、Mn的摩爾比配制可溶性鹽溶液，其中，a+b+c＝1，a≥0.6，b≤0.2，c≤0.2；將絡合劑配制成絡合劑水溶液；將沉淀劑配置成沉淀劑水溶液；將晶面生長誘導劑分散于水中作為反應底液；

(2)共沉淀反應：將反應底液放入反應釜中，開啟攪拌，接著在惰性氣體保護和設定溫度下，將可溶性鹽溶液與絡合劑溶液、沉淀劑溶液并流加入到反應釜中，開始沉淀反應，反應完畢后，停止并流加入溶液，得到反應產物；

(3)前驅體的制備：將步驟(2)中的反應產物進行陳化，洗滌，過濾，干燥和過篩處理，即可得到前驅體。