[發明專利]一種嵌鋰金屬氧化物及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010855955.0
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN111977706B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 馬躍飛;林予舒;余康杰
• 申請（專利權）人: 廈門廈鎢新能源材料股份有限公司
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;C01G53/04;C01G53/00;H01M10/0525
• 代理公司: 廈門市精誠新創知識產權代理有限公司 35218
• 代理人: 方惠春

1.一種嵌鋰金屬氧化物的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

S1、將含鎳金屬和/或含鎳金屬氧化物、氧化劑Ⅰ、水和絡合劑在電導率≥200uS/cm、氧化還原電位ORP值≤100mv、絡合劑濃度為3~50g/L的條件下進行化學腐蝕結晶反應，反應結束后將所得反應產物進行磁選得到磁性顆粒和漿料，再將所述漿料進行固液分離得到固體顆粒和濾液，之后將所述固體顆粒洗滌干燥后得到含鎳金屬氫氧化物；

S2、將含鎳金屬氫氧化物在氧化性氣氛中于180~350℃下預燒結2~10小時，得到含鎳前驅體；

S3、將所述含鎳前驅體與堿金屬化合物、氧化劑Ⅱ和水以及添加劑混合后進行嵌鋰反應，所述堿金屬化合物中至少包括鋰化合物，使得堿金屬離子嵌入含鎳前驅體中形成固溶態金屬鹽，嵌鋰反應結束后進行固液分離，所得固體產物煅燒，得到嵌鋰金屬氧化物；所述添加劑選自鈦、鋁、鎂、鋯、鎢、釔、鉭、鈮金屬化合物中的至少一種。

2.根據權利要求1所述的一種嵌鋰金屬氧化物的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述氧化劑Ⅰ和水的用量使得含鎳金屬和/或含鎳金屬氧化物轉化為含鎳金屬氫氧化物；所述含鎳金屬為鎳以及鈷、錳、鋁、鋯、鈦和鎢中至少一種的混合物，所含鎳金屬氧化物為氧化鎳以及氧化鈷、氧化錳、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦和氧化鎢中至少一種的混合物；所述氧化劑Ⅰ選自硝酸、氧氣、空氣、氯酸鈉、高錳酸鉀和雙氧水中的至少一種；所述絡合劑選自氨水、硫酸銨、氯化銨、乙二胺四乙酸和硝酸銨中的至少一種。

3.根據權利要求1所述的一種嵌鋰金屬氧化物的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述電導率為200~50000uS/cm；所述電導率通過往反應體系中加入鹽得以控制，所述鹽選自鈉和/或鋰的硫酸鹽、氯化鹽和硝酸鹽中的至少一種。

4.根據權利要求1所述的一種嵌鋰金屬氧化物的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述化學腐蝕結晶反應為連續式反應或者間歇式反應；所述化學腐蝕結晶反應過程中，攪拌強度為輸入功率0.1~1.0kw/m²·h，反應體系中金屬離子濃度為1~30g/L，絡合劑濃度為3~50g/L，pH值為6~12，反應溫度為20~90℃，反應時間為10~150h；所述磁選為間歇式磁選或連續式磁選，磁選強度為100~5000Gas。

5.根據權利要求1所述的一種嵌鋰金屬氧化物的制備方法，其特征在于，步驟S1中，該方法還包括將磁性顆粒、濾液和洗滌水均返回至化學腐蝕結晶反應體系中，并補充結晶過程中消耗的水。

6.根據權利要求1所述的一種嵌鋰金屬氧化物的制備方法，其特征在于，步驟S3中，所述堿金屬化合物中含有50~100wt%的鋰化合物以及0~50wt%的鉀化合物、鈉化合物和鎂化合物中的至少一種；所述鋰化合物選自氫氧化鋰、乙酸鋰、硝酸鋰、硫酸鋰和碳酸氫鋰中的至少一種，所述鉀化合物選自氫氧化鉀、乙酸鉀、硝酸鉀、硫酸鉀和碳酸氫鉀中的至少一種，所述鈉化合物選自氫氧化鈉、乙酸鈉、硝酸鈉、硫酸鈉和碳酸氫鈉中的至少一種，所述鎂化合物選自氯化鎂、氫氧化鎂、乙酸鎂、硝酸鎂、硫酸鎂和碳酸氫鎂中的至少一種；所述氧化物Ⅱ選自雙氧水、錳酸鹽和氯酸鹽中的至少一種。

7.根據權利要求1所述的一種嵌鋰金屬氧化物的制備方法，其特征在于，步驟S3中，所述含鎳前驅體中的鎳、氧化劑Ⅱ、水和添加劑的摩爾比為1:(0.5~4):(0.5~4):(0~0.2)；所述含鎳前驅體和堿金屬化合物的Li/Ni摩爾比為(0.9~1.3):1。

8.根據權利要求1所述的一種嵌鋰金屬氧化物的制備方法，其特征在于，步驟S3中，所述嵌鋰反應的條件包括反應溫度為20~90℃，反應壓力為0.1~50MPa，反應體系中堿金屬離子濃度為0.1~6mol/L，攪拌強度為輸入功率0.1~1.6kw/m²·h，反應時間為3~60h；所述煅燒的條件包括煅燒溫度為200~900℃，煅燒時間為1~40h，煅燒氣氛為空氣氣氛或氧氣氣氛。