| 专利名称： | 一种晶簇状三元正极材料前驱体及其制备方法 | ||
| 专利名称(英文)： | A ternary drusy positive electrode material precursor and its preparation method | ||
| 专利号： | CN201610077022.7 | 申请时间： | 20160203 |
| 公开号： | CN105731553A | 公开时间： | 20160706 |
| 申请人： | 广东佳纳能源科技有限公司 | ||
| 申请地址： | 513056 广东省清远市英德市青塘镇 | ||
| 发明人： | 岳文彬 | ||
| 分类号： | C01G53/00; H01M4/505; H01M4/525; H01M10/0525 | 主分类号： | C01G53/00 |
| 代理机构： | 广州粤高专利商标代理有限公司 44102 | 代理人： | 罗晓林 |
| 摘要： | 本发明公开了一种晶簇状三元正极材料前驱体及其制备方法。本发明所述前驱体的制备方法是改进了三元前驱体的沉淀条件，改变合成反应初期形成的单晶颗粒形貌，使其向大片、晶簇层状单晶颗粒发展。本发明所述制备方法制得的晶簇状三元正极材料前驱体为球形结构，可以更稳定的充放电，可以解决电池材料在动力汽车大功率充放电时性能表现不稳定的问题。 | ||
| 摘要(英文)： | The invention discloses a ternary drusy positive electrode material precursor and method for preparing the same. Said precursor of this invention is to improve the method for preparing ternary precursor precipitation conditions, changing the synthesis reaction to form a single crystal particle topography of the initial stage, to the large, single crystal particles layered druse development. The preparation method of this invention made of ternary drusy positive electrode material precursor is a spherical structure, can be more stable charging and discharging, the power cell material that can be solved for automobile large power charging and discharging when the problem of unstable performance. | ||
1.一种晶簇状三元正极材料前驱体的制备方法，其特征在于包括以下步骤： （1）将镍盐、钴盐、锰盐配制成混合溶液； （2）反沉淀阶段：用步骤（1）所述混合溶液将初始pH为12.80的氨碱混合底液中和至pH为11.50±0.10； （3）对流沉淀阶段：分别将步骤（2）所得的混合溶液、10mol/l氢氧化钠溶液、10mol/l氨水溶液和1.0-3.0mol/l表面活性剂同时加入反应釜中，在氮气保护条件下，控制反应温度为55±2℃，pH为11.50±0.10；控制反沉淀时间1.5-2小时； （4）经陈化、加入质量浓度为5%稀碱水溶液调节pH、表面处理和固液分离后，经纯水洗涤烘干，得到晶簇状三元正极材料前驱体，化学式为NixCoyMn（1-x-y）（OH）2； 其中，步骤（1）中，所述镍盐、钴盐、锰盐的摩尔比为：Ni：Co：Mn=5:2:3或=6:1:3或=6:2:2；配制浓度金属合量=1.0-2.0mol/l； 在步骤（2）中，全程加入1.0~3.0mol/L的表面活性剂； 步骤（3）中，所述表面活性剂浓度为1.0~3.0mol/L。
2.根据权利要求1所述晶簇状三元正极材料前驱体的制备方法，其特征在于所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、乙氧基化脂肪酸甲酯磺酸钠或仲烷基磺酸钠。
3.权利要求1或2所述制备方法制得的晶簇状三元正极材料前驱体。
1.一种晶簇状三元正极材料前驱体的制备方法，其特征在于包括以下步骤： （1）将镍盐、钴盐、锰盐配制成混合溶液； （2）反沉淀阶段：用步骤（1）所述混合溶液将初始pH为12.80的氨碱混合底液中和至pH为11.50±0.10； （3）对流沉淀阶段：分别将步骤（2）所得的混合溶液、10mol/l氢氧化钠溶液、10mol/l氨水溶液和1.0-3.0mol/l表面活性剂同时加入反应釜中，在氮气保护条件下，控制反应温度为55±2℃，pH为11.50±0.10；控制反沉淀时间1.5-2小时； （4）经陈化、加入质量浓度为5%稀碱水溶液调节pH、表面处理和固液分离后，经纯水洗涤烘干，得到晶簇状三元正极材料前驱体，化学式为NixCoyMn（1-x-y）（OH）2； 其中，步骤（1）中，所述镍盐、钴盐、锰盐的摩尔比为：Ni：Co：Mn=5:2:3或=6:1:3或=6:2:2；配制浓度金属合量=1.0-2.0mol/l； 在步骤（2）中，全程加入1.0~3.0mol/L的表面活性剂； 步骤（3）中，所述表面活性剂浓度为1.0~3.0mol/L。
2.根据权利要求1所述晶簇状三元正极材料前驱体的制备方法，其特征在于所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、乙氧基化脂肪酸甲酯磺酸钠或仲烷基磺酸钠。
3.权利要求1或2所述制备方法制得的晶簇状三元正极材料前驱体。
翻译：技术领域
本发明涉及三元正极材料前驱体的制备领域，具体说是制备一种可以解决电池材料在动力汽车大功率充放电时性能表面不稳定的问题的晶簇状三元正极材料前驱体的方法。
背景技术
锂离子电池作为一种成熟的能源装置被广泛应用于各个商业电子领域，如笔记本电脑、数码相机、智能手机等。钴酸锂是锂离子电池应用时间最长、最成熟的正极材料之一。但钴酸锂仍然存在不少不足之处，如毒性大、成本高昂、材料结构不稳定、安全性存在短板等等，在这样的背景下，寻求一种更为可靠的正极材料逐渐被提上日程，三元材料因此应运而生。
三元正极材料具有更稳定的空间结构、安全性高、生产成本低。国外关于三元正极材料的研究早在上世纪80年代末就已经开始，以美国3M公司为核心代表，其掌握了111型正极材料的大批核心技术专利；日韩则另辟蹊径，在523型正极材料的专利技术上斩获颇丰。其后三元正极材料步入产业化时代，以日本松下、索尼、住友、韩国三星SDI等公司为代表，日韩企业在生产管理、产业化推进上突飞猛进，逐步占领了三元正极材料全球市场份额的大片江山。国内三元正极材料的研究应用起步较晚，但时至今日也经历了15年左右的发展历程。
石油资源逐年枯竭、消耗大、污染严重，环境空气承受了巨大压力。寻求清洁、可循环的能源替代品，改善环境，为子孙后代留下一片蓝天白云，走可持续的发展道路是应对危机的必然之路，国家新能源发展计划应运而生。
新能源汽车步入产业化时代，国内新能能汽车巨头都在快速推进自己的发展，如力帆、北汽集团、比亚迪等等。三元正极材料应用于汽车动力电池具有极大的优势：能量密度高、安全性高、续航里程长等等。国内三元正极材料在动力汽车上应用最多的主要是公共交通，在商务乘用、公务用车上的发展也十分迅猛。
2014年被誉为三元材料锂电元年，正极材料三元产业获得井喷式的高速发展机遇。机遇总是伴随挑战，在优胜劣汰的市场法则下，追求更高品质是这条产业链条上每个企业的永恒目标。经过前贤的多年研究探索，对于三元前驱体而言，更好的结晶形貌——晶簇状、大单晶颗粒，在合成正极材料之后，更加适合新能源汽车的动力系统。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中三元正极材料前驱体存在的结晶颗粒细，大功率充放电时，受到电流强度的影响，性能不稳定，容易衰减等不足，提供一种球形结构的，可以更稳定的充放电，可以解决电池材料在动力汽车大功率充放电时性能表现不稳定的晶簇状三元正极材料前驱体的制备方法。
本发明的目的是通过以下方式实现的：
一种晶簇状三元正极材料前驱体的制备方法，包括以下步骤：
（1）将镍盐、钴盐、锰盐配制成混合溶液；
（2）反沉淀阶段：用步骤（1）所述混合溶液将初始pH为12.80的氨碱混合底液中和至pH为11.50±0.10；
（3）对流沉淀阶段：分别将步骤（2）所得的混合溶液、10mol/l氢氧化钠溶液、10mol/l氨水溶液和1.0-3.0mol/l表面活性剂同时加入反应釜中，在氮气保护条件下，控制反应温度为55±2℃，pH为11.50±0.10；
（4）经陈化、加入质量浓度为5%稀碱水溶液调节pH、表面处理和固液分离后，经纯水洗涤烘干，得到晶簇状三元正极材料前驱体，化学式为NixCoyMn（1-x-y）（OH）2；
其中，步骤（1）中，所述镍盐、钴盐、锰盐的摩尔比为：Ni：Co：Mn=5:2:3或=6:1:3或=6:2:2；配制浓度金属合量=1.0-2.0mol/l；
在步骤（2）中，全程加入1.0~3.0mol/L的表面活性剂；
步骤（3）中，所述表面活性剂浓度为1.0~3.0mol/L。
作为一种优选的技术方案，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、乙氧基化脂肪酸甲酯磺酸钠或仲烷基磺酸钠。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明制备方法采用两段式沉淀，第一阶段的作用是沉淀初期产生大量的细颗粒单晶颗粒，具有较强的均一性；第二阶段的沉淀结晶是基于第一阶段之上的均相沉淀，有利于晶簇状产物的生成；
（2）本发明采用表面活性剂可以增强单晶颗粒的活性与分散性，避免单晶颗粒过早团聚，同时由于有锰的存在，可以避免脱析；
（3）本发明方法制得的晶簇状三元正极材料前驱体为球形结构，可以更稳定的充放电，可以解决电池材料在动力汽车大功率充放电时性能表现不稳定的问题。
附图说明
图1为目前市场上大多数三元正极材料前驱体的电镜图；
图2为实施例1所得产物的电镜图；
图3为实施例1所得产物的粒度分布示意图；
图4为实施例2所得产物的电镜图；
图5为实施例2所得产物的粒度分布示意图；
图6为实施例3所得产物的电镜图；
图7为实施例3所得产物的粒度分布示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步解释本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。
实施例1
将镍盐、钴盐、锰盐按照金属量摩尔比例Ni：Co：Mn=5:2:3配制成1.0mol/l的混合溶液，配制10mol/l的氢氧化钠溶液，配制10mol/l的氨水溶液，配制1.0mol/l的十二烷基苯磺酸钠水溶液。
沉淀阶段：一、将镍钴锰混合溶液流量600L/h，加入底液为氨碱混合溶液的初始pH=12.80的反应釜中，中和至体系pH=11.50±0.10，此过程全程添加十二烷基苯磺酸钠水溶液，流量20L/h。二、采用计量泵分别将4种溶液同时泵入反应釜中，镍钴锰混合溶液流量300L/h，控制十二烷基苯磺酸钠水溶液流量20L/h，在氮气保护条件下，控制反应温度55±2℃，pH值11.50±0.10，搅拌转速250r/min。反应釜内物料通过预留溢流口自然排除，连续进料50h后停止进料。
将反应釜物料转至陈化槽，加稀碱液调节pH至12.0±0.10，搅拌1.5-2.0小时，进行固液分离得到固体产物，用去离子水洗涤至其pH值小于8.0时止。干燥得到晶簇状、大单晶颗粒三元正极材料前驱体，产品S含量800ppm，形貌呈球形，粒度分布窄，D10=7.335μm，D50=10.215μm，D90=14.268μm，振实密度=2.35g/cm3（图2~3）。
实施例2
将镍盐、钴盐、锰盐按照金属量摩尔比例Ni：Co：Mn=6:2:2配制成1.5mol/l的混合溶液，配制10mol/l的氢氧化钠溶液，配制10mol/l的氨水溶液，配制2.0mol/l的乙氧基化脂肪酸甲酯磺酸钠水溶液。
沉淀阶段：一、将镍钴锰混合溶液流量600L/h，加入底液为氨碱混合溶液的初始pH=12.80的反应釜中，中和至体系pH=11.50±0.10,此过程全程添加乙氧基化脂肪酸甲酯磺酸钠水溶液，流量10L/h。二、采用计量泵分别将4种溶液同时泵入反应釜中，镍钴锰混合溶液流量300L/h，控制乙氧基化脂肪酸甲酯磺酸钠水溶液流量10L/h，在氮气保护条件下，控制反应温度55±2℃，pH值11.50±0.10，搅拌转速250r/min。反应釜内物料通过预留溢流口自然排除，连续进料50小时后停止进料。
将反应釜物料转至陈化槽，加稀碱液调节pH至12.0，搅拌1.5-2.0小时，进行固液分离得到固体产物，用去离子水洗涤至其pH值小于8.0时止。干燥得到晶簇状、大单晶颗粒三元正极材料前驱体，产品S含量800ppm，形貌呈球形，粒度分布窄，D10=7.365μm，D50=10.666μm，D90=15.494μm，振实密度=2.35g/cm3（图4~5）。
实施例3
将镍盐、钴盐、锰盐按照金属量摩尔比例Ni：Co：Mn=6:1:3配制成2.0mol/l摩尔浓度的混合溶液，配制10mol/l的氢氧化钠溶液，配制10mol/l的氨水溶液，配制3.0mol/l的仲烷基磺酸钠水溶液。
沉淀阶段：一、将镍钴锰混合溶液流量600L/h，加入底液为氨碱混合溶液的初始pH=12.80的反应釜中，中和至体系pH=11.50±0.10,此过程全程添加仲烷基磺酸钠水溶液，流量7L/h。二、采用计量泵分别将4种溶液同时泵入反应釜中，镍钴锰混合溶液流量300L/h，控制仲烷基磺酸钠水溶液流量7L/h，在氮气保护条件下，控制反应温度55±2℃，pH值11.50±0.10，搅拌转速250r/min。反应釜内物料通过预留溢流口自然排除，连续进料50小时后停止进料。
将反应釜物料转至陈化槽，加稀碱液调节pH至12.0，搅拌1.5-2.0小时，进行固液分离得到固体产物，用去离子水洗涤至其pH值小于8.0时止。干燥得到晶簇状、大单晶颗粒三元正极材料前驱体，产品S含量800ppm，形貌呈球形，粒度分布窄，D10=6.351μm，D50=8.927μm，D90=12.497μm，振实密度=2.35g/cm3（图6~7）。
