[發明專利]一種鎳鈷錳三元前驅體及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202110057190.0
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112777649A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 巨少華;王淑一
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學;寧波巨谷智能裝備有限公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 昆明知道專利事務所(特殊普通合伙企業) 53116
• 代理人: 姜開俠;姜開遠

本發明公開了一種鎳鈷錳三元前驅體及其制備方法與應用，所述制備方法包括以下步驟：將鎳鈷錳可溶鹽水溶液加入氫氧化鈉溶液中混合并控制溶液PH值為10?10.5；于微波消解儀中進行共沉淀反應，得到的固液混合物干燥后于馬弗爐中進行退火，冷卻后即得到目標鎳鈷錳三元前驅體。該鎳鈷錳三元前驅體的平均粒徑為10?50μm、比表面積為10?20m²/g。所述應用為鎳鈷錳三元前驅體在制備鎳鈷錳酸鋰三元材料及鋰離子電池正極材料中的應用。本發明制備得到的鎳鈷錳三元前驅體結構穩定，幾乎無雜質，改善了高鎳材料比容量提升的同時結構穩定性差的問題；本發明制備的鎳鈷錳三元正極材料循環穩定性良好，克服了高鎳材料穩定性差，放電能力差的缺點，極大改善了其電化學性能。

技術領域

本發明屬于電池材料技術領域，具體涉及一種鎳鈷錳三元前驅體及其制備方法與應用。

背景技術

由于其高比容量和高比功率密度，鋰離子電池被廣泛用作便攜式電子設備的主要電源裝置。與具有實際比容量高、結構穩定性好以及成本低的特點的石墨負極相比，正極已經成為制約鋰離子電池能量密度、循環壽命和安全性能提升的主要因素，因此尋找高容量、高倍率、長循環壽命的新型正極材料逐漸稱為研究熱點。

鎳鈷錳三元正極材料因其相對較低的成本、高比容量和低毒性得到了一定的應用和發展。隨著鎳含量的提高，鎳鈷錳三元正極材料的比容量也逐漸增加，同時材料的循環穩定性、熱穩定性和安全性能顯著降低。所以，開發一種比容量高、循環穩定性、熱穩定性和安全性能均較好的鎳鈷錳三元正極材料是極其重要的。而正極材料對前驅體具有繼承性，因此，鎳鈷錳三元前驅體的形貌直接影響正極材料的性能好壞。

目前，鎳鈷錳三元前驅體的制備一般采用共沉淀法。共沉淀法制備鎳鈷錳三元前驅體的效果好壞受到共沉淀反應液的PH值、反應溫度及反應時間等多方面因素的共同影響。共沉淀反應液的PH值過低會導致前驅體產量下降，PH值過高不利于前驅體晶體的生長；一定反應時間內，前驅體的粒度與反應時間成正比，過長反應時間黑使前驅體粒度過大，對品質產生不良影響；反應溫度對化學反應的反應速率有主要影響，但溫度過高會造成前驅體氧化，因此需在不影響前驅體品質的前提下，提高化學反應速率。目前，尚無一種重復性好且操作簡單的方法來解決上述問題，而且制得的產品穩定性差，從而使鎳鈷錳三元前驅體在工業上的應用受到了一定程度的限制；因此有必要提供一種操作簡單、結構穩定的鎳鈷錳三元前驅體的制備方法。

發明內容

本發明的第一目的在于提供一種鎳鈷錳三元前驅體的制備方法，本發明的第二目的是提供一種鎳鈷錳三元前驅體；本發明的第三目的是提供一種鎳鈷錳酸鋰三元材料的制備方法；本發明的第四目的是提供一種鎳鈷錳酸鋰三元材料的應用。

本發明的第一目的是這樣實現的，一種鎳鈷錳三元前驅體的制備方法，包括以下步驟：

1）配置氫氧化鈉溶液和鎳鈷錳可溶鹽水溶液；

2）將所述鎳鈷錳可溶鹽水溶液加入氫氧化鈉溶液中混合均勻得到反應液，控制所述反應液的PH值為10-10.5；

3）將所述反應液置于微波消解儀中進行共沉淀反應得到固液混合物；

4）將所述固液混合物干燥得到鎳鈷錳氫氧化物，將所述鎳鈷錳氫氧化物置于馬弗爐中進行退火，冷卻后得到目標鎳鈷錳三元前驅體。

本發明的第二目的是這樣實現的，一種通過所述制備方法制備的鎳鈷錳三元前驅體，所述鎳鈷錳三元前驅體為高度團聚的球形顆粒，平均粒徑為10-50μm、比表面積為10-20m²/g。

本發明的第三目的是這樣實現的，鎳鈷錳酸鋰三元材料的制備方法如下：將所述鎳鈷錳三元前驅體與碳酸鋰以1～1.05：1～1.1的摩爾比置于球磨罐中進行高速球磨得到混合物料，再將混合物料置于馬弗爐中進行高溫氧氣燒結，之后隨爐自然冷卻至室溫得到鎳鈷錳酸鋰三元材料。

本發明的第四目的是這樣實現的，所述鎳鈷錳酸鋰三元材料的應用是在制備鋰離子電池正極材料中的應用。