[發(fā)明專利]一種針狀晶須的鎳鈷錳氫氧化物及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010572407.7
• 申請(qǐng)日: 2020-06-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111717941A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊亞強(qiáng);李肖萌;劉文超;宋夢(mèng)桃;劉持歡;賈連軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華友新能源科技（衢州）有限公司;浙江華友鈷業(yè)股份有限公司;衢州華海新能源科技有限公司
• 主分類號(hào): C01G53/00
• 分類號(hào): C01G53/00;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及一種針狀晶須的鎳鈷錳氫氧化物及其制備方法，通過(guò)不斷調(diào)整釜內(nèi)的氧氣含量，設(shè)計(jì)出與之對(duì)應(yīng)的獨(dú)特反應(yīng)氣氛，控制生長(zhǎng)過(guò)程中的氧化，從而不斷調(diào)整顆粒的晶須厚度，使制備的產(chǎn)品具有疏松多孔隙的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和較高的比表面積，其晶須呈針狀，在制備正極材料進(jìn)行燒結(jié)時(shí)，與鋰源有更多的接觸面積，有利于充分反應(yīng)得到高性能鎳鈷錳酸鋰正極材料，且得到的正極材料包含更多的孔隙，與電解液的接觸面積得到顯著提高，鋰離子傳輸通道變多，利于電解液的浸潤(rùn)，縮短鋰離子的擴(kuò)散路徑，其特有的針狀結(jié)構(gòu)能緩沖正極活性材料在充放電過(guò)程中的體積變化，起到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用，進(jìn)而有效提高鋰離子電池的倍率性能、循環(huán)性能等電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料前驅(qū)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種針狀晶須的鎳鈷錳氫氧化物及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著科技的迅猛發(fā)展，人類能源與環(huán)境系統(tǒng)面臨著巨大挑戰(zhàn)。全球正在大力推進(jìn)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，尤其是我國(guó)，已經(jīng)將其列入七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中。鋰離子電池具有能量密度大、工作電壓高、環(huán)境友好等優(yōu)異性能，因此被認(rèn)為是新能源汽車的理想儲(chǔ)能設(shè)備之一，同時(shí)，也在各種便攜式電子設(shè)備、儲(chǔ)能、電動(dòng)車、航空領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用和不斷發(fā)展。其中，正極材料是限制鋰離子電池容量的關(guān)鍵因素，也是鋰離子電池研究的關(guān)鍵部分。

當(dāng)前，新能源汽車使用的鋰離子電池正極材料主要為磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰和鎳鈷錳三元材料。鎳鈷錳三元材料通過(guò)Ni-Co-Mn的三元協(xié)同效應(yīng)，過(guò)渡元素在3b位置無(wú)序排列，綜合了鈷酸鋰良好的循環(huán)性能、鎳酸鋰的高比容量和錳酸鋰的高安全性及低成本等特點(diǎn)，從而提高了材料的整體性能。三元正極材料具有單位克容量高，電壓平臺(tái)高，循環(huán)性能好等優(yōu)點(diǎn)，更受市場(chǎng)青睞，在動(dòng)力電池領(lǐng)域的市場(chǎng)前景與發(fā)展?jié)摿^好。

三元正極材料（鎳鈷錳酸鋰）的性能很大程度上取決于三元前驅(qū)體（如鎳鈷錳氫氧化物）的性能，濕法共沉淀是制備鎳鈷錳氫氧化物的常用方法。鎳鈷錳氫氧化物，通過(guò)加入鋰源經(jīng)高溫?zé)Y(jié)合成鎳鈷錳酸鋰。鎳鈷錳氫氧化物的尺寸、形貌、結(jié)構(gòu)等對(duì)鎳鈷錳酸鋰的技術(shù)指標(biāo)有直接影響，對(duì)三元材料的生產(chǎn)至關(guān)重要。

目前制備鎳鈷錳酸鋰材料前驅(qū)體的常用方法為控制結(jié)晶氫氧化物共沉淀法，即將混合的金屬鹽溶液在絡(luò)合劑的作用下與氫氧化鈉沉淀得到混合金屬氫氧化物沉淀。這種一步反應(yīng)的制備方法較為普遍，其產(chǎn)品在掃描電鏡下觀測(cè)到的鎳鈷錳氫氧化物一般為類球狀二次顆粒，由一次顆粒團(tuán)聚形成，為較粗的板條，在與鋰源燒結(jié)生產(chǎn)三元正極材料的過(guò)程中，不利于鋰源與三元前驅(qū)體材料的充分反應(yīng)，最終影響材料的電化學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一，提供一種針狀晶須的鎳鈷錳氫氧化物作為鎳鈷錳酸鋰電池正極材料活性物質(zhì)的前驅(qū)體，該前驅(qū)體的晶須呈針狀，具有疏松多孔隙的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和較高的比表面積，在制備正極材料進(jìn)行燒結(jié)時(shí)，與鋰源有更多的接觸面積，有利于充分反應(yīng)得到高性能鎳鈷錳酸鋰正極材料；該針狀晶須的鎳鈷錳氫氧化物具有疏松多孔隙的結(jié)構(gòu)，使燒結(jié)的正極材料包含更多孔隙，與電解液的接觸面積得到顯著提高，鋰離子傳輸通道變多，利于電解液的浸潤(rùn)，縮短鋰離子的擴(kuò)散路徑；同時(shí)，可以緩沖正極活性材料在充放電過(guò)程中的體積變化，起到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用，進(jìn)而有效提高鋰離子電池的倍率性能、循環(huán)性能等電化學(xué)性能。

本發(fā)明的目的之二，提供一種針狀晶須的鎳鈷錳氫氧化物的制備方法，該方法根據(jù)反應(yīng)釜內(nèi)固含量的變化，不斷調(diào)整釜內(nèi)的氧氣含量，設(shè)計(jì)出與之對(duì)應(yīng)的獨(dú)特反應(yīng)氣氛，控制生長(zhǎng)過(guò)程中的氧化，從而不斷調(diào)整顆粒的晶須厚度，使顆粒表面晶須厚度均勻，顆粒內(nèi)部呈現(xiàn)放射狀生長(zhǎng)，解決了傳統(tǒng)球形大顆粒前驅(qū)體晶須厚度不可控的難題；同時(shí)，通過(guò)過(guò)程物料部分轉(zhuǎn)出在同類釜中繼續(xù)生長(zhǎng)，控制固含量的同時(shí)，亦不會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品浪費(fèi)以及產(chǎn)能的下降。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：