CN103172126B - 一种连续法制备球形镍钴铝固溶体三元材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，特别是涉及一种连续法制备球形镍钴铝固溶体三元材料的方法。将水溶性镍盐、钴盐和铝盐溶解成金属混合盐水溶液，再将金属混合盐水溶液、络合剂水溶液，沉淀剂水溶液和抗氧化剂水溶液分别经精密流量控制系统连续注入到温度为50～70℃反应釜中，控制反应体系搅拌速度，控制反应液氨值和pH值，持续反应生成镍钴铝三元氢氧化物固溶体，再经结晶、生长成球形颗粒后，再经陈化、洗涤、干燥得到。本发明连续法制备球形镍钴铝固溶体三元材料的方法，工艺流程简单，反应易于控制。产品球形度好，振实密度高。具有很广阔的发展前景，市场潜力大。

Description

一种连续法制备球形镍钴铝固溶体三元材料的方法
技术领域
本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，特别是涉及一种连续法制备球形镍钴铝固溶体三元材料的方法。
背景技术
随着人类的发展和进步，对能源的大力开发研究利用越来越必要和紧迫，寻求、开发可替代二次能源就显的尤为重要。锂离子电池是一种新型的高能二次电池，由于自身具有比能量高、循环周期长、放电性能稳定、环境污染小、开发潜力大等明显优势， 现已成为全球能源产业发展和开发的一个重点方向。而最近几年中，锂离子正极材料中的镍钴锰三元锂离子正极材料发展十分迅猛，由于镍钴锰的协同效应，镍钴锰三元锂离子电池正极材料综合了LiNiO2 、LiCoO2、 LiMnO2三种层状结构材料的优点，其电化学性能优于以上LiNiO2、LiCoO2、LiMnO2中任何单一组分正极材料，成为了全球范围内锂离子电池正极材料研究的热点。然而，在实际使用时，发现用镍钴锰三元材料做成的锂离子电池在某些性能方面也存在不足，针对锂离子电池正极材料镍钴锰三元材料的性能改善需求，提供一种性能更优的连续法制备球形镍钴铝固溶体三元材料的方法。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种连续法制备球形镍钴铝固溶体三元材料的方法。
本发明采用的技术方案如下：
一种连续法制备球形镍钴铝固溶体三元材料的方法，其特征在于，将水溶性镍盐、钴盐和铝盐溶解成金属混合盐水溶液，再将金属混合盐水溶液、络合剂水溶液，沉淀剂水溶液和抗氧化剂水溶液分别经精密流量控制系统连续注入到温度为50～70℃反应釜中，控制反应体系搅拌速度，控制反应液氨值和pH值，持续反应生成镍钴铝三元氢氧化物固溶体，再经结晶、生长成球形颗粒后，再经陈化、洗涤、干燥得到。
进一步，所述水溶性镍盐、钴盐、铝盐分别为硫酸盐、氯化盐或硝酸盐其中一种或几种。
优选地，所述水溶性镍盐、钴盐、铝盐均为硫酸盐，金属混合盐水溶液中硫酸镍浓度为0.90～1.50 mol/L，硫酸钴浓度为0.30～0.90 mol/L，硫酸铝浓度为0.10～0.60 mol/L。
进一步，所述络合剂为氨水，络合剂浓度为6.0～12.0 mol/L。
进一步，所述沉淀剂为氢氧化钠和/或氢氧化钾，沉淀剂浓度为3.0～7.5 mol/L。
进一步，所述抗氧化剂为水合肼，抗氧化剂浓度为12～30%，抗氧化剂和金属混合盐水溶液进料体积比为1：15～30。
进一步，控制反应液氨值为6.0～12.0 g/L。
进一步，控制反应液pH值为9.5～12.5。
进一步，控制反应体系的搅拌速度为110～260 r/min。
较为完善的是，制备的球形镍钴铝固溶体三元材料的球形颗粒的D50为5～20μm。
本发明连续法制备球形镍钴铝固溶体三元材料的方法，其优点表现在：
1、工艺流程简单，反应易于控制。
2、产品球形度好，振实密度高。
3、具有很广阔的发展前景，市场潜力大。
附图说明
图１是本发明实施例1制备产品的1000倍扫描电镜图。
图2是本发明实施例1制备产品的10000倍扫描电镜图。
图3是本发明实施例1制备产品的扫描X衍射图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例1
将水溶性镍盐、钴盐和铝盐溶解成金属混合盐水溶液，再将金属混合盐水溶液、络合剂水溶液，沉淀剂水溶液和抗氧化剂水溶液分别经精密流量控制系统连续注入到温度为65±0.2℃反应釜中，控制反应体系搅拌速度，控制反应液氨值和pH值，持续反应生成镍钴铝三元氢氧化物固溶体，再经结晶、生长成球形颗粒后，再经陈化、洗涤、干燥得到球形镍钴铝固溶体三元材料，其球形颗粒的D50为5～20μm。
金属混合盐水溶液中，硫酸镍浓度为1.30 mol/L，硫酸钴浓度为0.85 mol/L，硫酸铝浓度为0.30 mol/L。
络合剂为氨水，络合剂浓度为9.5 mol/L；沉淀剂为氢氧化钾，沉淀剂浓度为4.0 mol/L；抗氧化剂为水合肼，抗氧化剂浓度为26%（体积百分比，下同）；抗氧化剂和金属混合盐水溶液进料体积比为1：19。
控制反应液氨值为11.5 g/L，控制反应液pH值为11.6～11.8，控制反应体系的搅拌速度为175 r/min。
请参阅图1—3，此球形镍钴铝固溶体三元材料，球形度好，振实密度高，振实密度为2.43 g/cm3 。
实施例2
将水溶性镍盐、钴盐和铝盐溶解成金属混合盐水溶液，再将金属混合盐水溶液、络合剂水溶液，沉淀剂水溶液和抗氧化剂水溶液分别经精密流量控制系统连续注入到温度为60±0.2℃反应釜中，控制反应体系搅拌速度，控制反应液氨值和pH值，持续反应生成镍钴铝三元氢氧化物固溶体，再经结晶、生长成球形颗粒后，再经陈化、洗涤、干燥得到球形镍钴铝固溶体三元材料，其球形颗粒的D50为5～20μm。
金属混合盐水溶液中，硝酸镍浓度为0.90 mol/L，硫酸钴浓度为0.75 mol/L，氯化铝浓度为0.60 mol/L。
络合剂为氨水，络合剂浓度为11.5 mol/L；沉淀剂为氢氧化钠，沉淀剂浓度为7.0 mol/L；抗氧化剂为水合肼，抗氧化剂浓度为24%；抗氧化剂和金属混合盐水溶液进料体积比为1：20。
控制反应液氨值为11.7 g/L，控制反应液pH值为11.1～11.3，控制反应体系的搅拌速度为185 r/min。
实施例3
将水溶性镍盐、钴盐和铝盐溶解成金属混合盐水溶液，再将金属混合盐水溶液、络合剂水溶液，沉淀剂水溶液和抗氧化剂水溶液分别经精密流量控制系统连续注入到温度为68±0.2℃反应釜中，控制反应体系搅拌速度，控制反应液氨值和pH值，持续反应生成镍钴铝三元氢氧化物固溶体，再经结晶、生长成球形颗粒后，再经陈化、洗涤、干燥得到球形镍钴铝固溶体三元材料，其球形颗粒的D50为5～20μm。
金属混合盐水溶液中，硝酸镍浓度为1.50 mol/L，硝酸钴浓度为0.65 mol/L，硫酸铝浓度为0.43 mol/L。
络合剂为氨水，络合剂浓度为10.5 mol/L；沉淀剂为氢氧化钾，沉淀剂浓度为7.2 mol/L；抗氧化剂为水合肼，抗氧化剂浓度为28%；抗氧化剂和金属混合盐水溶液进料体积比为1：18。
控制反应液氨值为11.2 g/L，控制反应液pH值为10.9～11.1，控制反应体系的搅拌速度为260 r/min。
实施例4
将水溶性镍盐、钴盐和铝盐溶解成金属混合盐水溶液，再将金属混合盐水溶液、络合剂水溶液，沉淀剂水溶液和抗氧化剂水溶液分别经精密流量控制系统连续注入到温度为65±0.2℃反应釜中，控制反应体系搅拌速度，控制反应液氨值和pH值，持续反应生成镍钴铝三元氢氧化物固溶体，再经结晶、生长成球形颗粒后，再经陈化、洗涤、干燥得到球形镍钴铝固溶体三元材料，其球形颗粒的D50为5～20μm。
金属混合盐水溶液中，氯化镍浓度为1.25 mol/L，硫酸钴浓度为0.67 mol/L，硝酸铝浓度为0.49 mol/L。
络合剂为氨水，络合剂浓度为9.5 mol/L；沉淀剂为氢氧化钠，沉淀剂浓度为4 mol/L；抗氧化剂为水合肼，抗氧化剂浓度为30%；抗氧化剂和金属混合盐水溶液进料体积比为1：15。
控制反应液氨值为11.4 g/L，控制反应液pH值为12.0～12.2，控制反应体系的搅拌速度为115 r/min。
实施例5
将水溶性镍盐、钴盐和铝盐溶解成金属混合盐水溶液，再将金属混合盐水溶液、络合剂水溶液，沉淀剂水溶液和抗氧化剂水溶液分别经精密流量控制系统连续注入到温度为57±0.2℃反应釜中，控制反应体系搅拌速度，控制反应液氨值和pH值，持续反应生成镍钴铝三元氢氧化物固溶体，再经结晶、生长成球形颗粒后，再经陈化、洗涤、干燥得到球形镍钴铝固溶体三元材料，其球形颗粒的D50为5～20μm。
金属混合盐水溶液中，硫酸镍浓度为1.17 mol/L，氯化钴浓度为0.62 mol/L，硝酸铝浓度为0.53 mol/L。
络合剂为氨水，络合剂浓度为8.2 mol/L；沉淀剂为氢氧化钠，沉淀剂浓度为5.6 mol/L；抗氧化剂为水合肼，抗氧化剂浓度为28%；抗氧化剂和金属混合盐水溶液进料体积比为1：19。
控制反应液氨值为11.0 g/L，控制反应液pH值为10.8～11.0，控制反应体系的搅拌速度为135 r/min。
以上内容仅仅是对本发明构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种连续法制备球形镍钴铝固溶体三元材料的方法，其特征在于，将水溶性镍盐、钴盐和铝盐溶解成金属混合盐水溶液，再将金属混合盐水溶液、络合剂水溶液，沉淀剂水溶液和抗氧化剂水溶液分别经精密流量控制系统连续注入到温度为50～70℃反应釜中，控制反应体系搅拌速度，控制反应液氨值和pH值，持续反应生成镍钴铝三元氢氧化物固溶体，再经结晶、生长成球形颗粒后，再经陈化、洗涤、干燥得到；
所述水溶性镍盐、钴盐、铝盐均为硫酸盐，金属混合盐水溶液中硫酸镍浓度为0.90～1.50 mol/L，硫酸钴浓度为0.30～0.90 mol/L，硫酸铝浓度为0.10～0.60 mol/L；
所述络合剂为氨水，络合剂浓度为6.0～12.0 mol/L；
所述沉淀剂为氢氧化钠和/或氢氧化钾，沉淀剂浓度为3.0～7.5 mol/L；
所述抗氧化剂为水合肼，抗氧化剂浓度为12～30%，抗氧化剂和金属混合盐水溶液进料体积比为1：15～30；
控制反应液氨值为6.0～12.0 g/L，控制反应液pH值为9.5～12.5，控制反应体系的搅拌速度为110～260 r/min；
制备的球形镍钴铝固溶体三元材料的球形颗粒的D50为5～20μm。
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