[發明專利]放射狀鎳基前驅體及其制備方法

有效

• 申請號: 202110948895.1
• 申請日: 2021-08-18
• 公開（公告）號: CN113823779B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發明（設計）人: 李偉權;李長東;阮丁山;蔡勇;劉更好;林弘嘉
• 申請（專利權）人: 廣東邦普循環科技有限公司;湖南邦普循環科技有限公司;湖南邦普汽車循環有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 薛建強

本發明公開了一種放射狀鎳基前驅體及其制備方法，該前驅體的整體形態為一次晶粒團聚形成的二次球，其內部具有疏松多孔的網狀結構內核，外部具有均勻規則的條狀一次晶粒，條狀晶粒垂直于內核表面向外生長，呈放射狀緊密排列。本發明的前驅體結構更適用于高功率電源正極材料，因為在正極材料的制備過程中這種內部疏松結構更容易在中心形成空隙，有利于擴大活性物質與電解液的接觸面積，中空結構和放射狀晶粒的結合縮短了Li離子在材料內傳遞的路徑，在宏觀結構上能夠緩解顆粒體積膨脹收縮帶來的形變應力，更有利于提高電池材料的循環性能。

技術領域

本發明屬于正極材料前驅體技術領域，具體涉及一種放射狀鎳基前驅體及其制備方法。

背景技術

近年來，全球新能源電動汽車行業發展迅速，2015年全球廣義新能源電動汽車銷量達150萬輛，到2020年銷量約為500萬輛，2021年、2022年新能源電動汽車銷量預測將分別達到600萬輛、800萬輛，同時將對動力電池的需求量不斷增大。鋰離子電池由于其體積小，能量密度高，循環性能好的特點在新能源汽車動力系統中廣泛應用。雖然隨著電池技術的發展，純電動汽車(EV)的續航歷程正在不斷加大，但是由于其充電時間較長，人們仍然存在著不同程度的里程焦慮問題。在目前階段，發展混合動力汽車(HEV)或插電式混合動力汽車(PHEV)以及快充技術是解決電動車里程焦慮問題的重要解決辦法。在混動系統中電池并不是連續工作，而是在某些工況下快速充電、快速放電，提供高功率的輸入和輸出。這對鋰離子電池的功率性能、循環性能和安全性能提出了更高的要求。

為了滿足這種要求，就需要鋰離子電池內的正極材料與電解液具有更大的接觸面積以滿足離子和電子的高效界面傳輸，內部還需要有一定的緩沖結構以應對充放電過程中材料體積的膨脹收縮形變，材料晶型要有規則的放射狀排列秩序以滿足鋰離子最短最優的傳輸路徑。而鎳基正極材料在一定情況下可以滿足以上特點，通常的做法是先制備具有以上特點的前驅體，再通過與鋰鹽混合后高溫燒結，通過形貌繼承法，得到具有以上結構特點的正極材料。

相關技術公開了一種鎳鈷錳核殼結構前驅體及其制備方法和一種正極材料，其過程是采用間歇法分段控制制備前驅體，在晶核階段采用惰性氣氛和較低的pH值，較高的氨水，較快的攪拌制備致密結構的晶核，第二階段采用氧化性氣氛和較高的pH值，較低的氨水、較慢的攪拌制備疏松的外殼，從而得到內部致密、外部疏松，一次顆粒成放射狀的前驅體顆粒。其得到的正極材料也繼承了前驅體的形貌特點，內部致密外部疏松。這種結構并不利于應對正極材料充放電過程中體積的膨脹收縮。

發明內容

本發明旨在至少解決上述現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種放射狀鎳基前驅體及其制備方法。

根據本發明的一個方面，提出了一種放射狀鎳基前驅體，所述前驅體的整體形態為一次晶粒團聚形成的二次球，其內部具有疏松多孔的網狀結構內核，外部具有均勻規則的條狀一次晶粒，條狀晶粒垂直于內核表面向外生長，呈放射狀緊密排列；前驅體的化學式為Ni_xCo_yMn_zM_(1-x-y-z)(OH)₂，其中0.5≤x1，0≤y≤0.5，0≤z≤0.5，M為摻雜元素。

在本發明的一些實施方式中，所述前驅體的平均粒徑為3-10μm。

在本發明的一些實施方式中，前驅體的內核部分占整個前驅體顆粒直徑的1/2以上。

在本發明的一些實施方式中，M為Al、Mg、W、Zr或Ti中的一種或幾種。

本發明還提供所述的放射狀鎳基前驅體的制備方法，包括以下步驟：

(1)向第一反應釜中加入金屬溶液、堿液和氨水，在加熱和攪拌下進行反應，期間控制pH在9-12范圍內上下波動，并控制反應體系內氨水的濃度為0-5g/L，持續進液直至顆粒粒度達到晶種目標值，制得晶種；