CN109336192A - 一种锂离子电池正极材料前驱体和制备该前驱体的超声波震荡反应器及方法 - Google Patents

一种锂离子电池正极材料前驱体和制备该前驱体的超声波震荡反应器及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池正极材料前驱体,NixCoyMnzAl1‑x‑y‑z(OH)2,其中0.5≤x≤1,0≤y≤0.5,0≤z≤0.35,0<x+y+z≤1,该前驱体在扫描电镜下为球形或类球形,振实密度高、比表面积小,成品内部无空洞,平均粒径10‑20微米。本发明还提供一种制备上述前驱体的超声波震荡反应器,包括反应器罐体、搅拌装置、伸进反应器罐体内的进料管和超声波震荡发生器;还公开了用该超声波震荡反应器制备上述前驱体的方法。本发明在超声波震荡反应器中将超声波震荡发生器设置在靠近进料管且下端与进料管下端平齐的方法,使原料进入反应器时就在超声波作用下有效分散,使反应生成的氢氧化物晶核相互分散不粘连,避免了在进一步结晶中出现空洞、夹杂和反应初期出现粘连、圆度差、振实密度低的废料。

Description

一种锂离子电池正极材料前驱体和制备该前驱体的超声波震 荡反应器及方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池正极材料前驱体NixCoyMnzAl1-x-y-z(OH)2
本发明还涉及一种制备上述锂离子电池正极材料前驱体的超声波震荡反应器,包括反应器罐体,搅拌装置,进料管和超声波震荡发生器。
本发明还涉及一种用上述超声波震荡反应器制备上述锂离子电池正极材料前驱体NixCoyMnzAl1-x-y-z(OH)2的方法。
背景技术
新能源材料中锂离子电池作为一种绿色高能的可充电电池,具有能量密度高、无记忆效应、循环寿命长、无污染、重量轻、自放电小等突出优点,备受关注。而锂离子正极材料作为锂离子电池的核心部件,其性能优劣尤其重要,面氢氧化物是锂离子电池正极材料烧结前重要的前驱体原料,主要有氢氧物镍、氢氧化钴、氢氧化锰、氢氧化镍钴、氢氧化镍锰、氢氧化镍钴锰、氢氧化镍钴铝等等。因此,前驱体氢氧化物是决定新能源电池正极材料性能是否优越的关键。
但是,现有技术中,在氢氧化物前驱体制作时存在结晶反应初期氢氧化物晶核粘连现象,导致氢氧化物晶核结晶轮廓圆度差,初期氢氧化物前驱体物理指标不合格,最典型的不合格就是振实密度偏低、比表面积大,目前,常规的做法是将每次反应初期一定时间内生产的物料作为过渡料,过渡料由于物理指标不合格,只能当作废料处理,造成浪费。再者就是由于现有技术中,由于结晶初期晶核粘连,造成成品晶核内部结构出现空洞,影响电池正极材料电性能的正常发挥。
发明内容
为了解决以上问题,本发明提供了一种锂离子电池正极材料前驱体,其化学式为NixCoyMnzAl1-x-y-z(OH)2,其中0.5≤x≤1,0≤y≤0.5,0≤z≤0.35,0&lt;x+y+z≤1,且其在扫描电镜下显示为球形或类球形,平均粒径为10-20微米。
这种球形或类球形氢氧化物不仅振实密度高,成品内部无空洞,而且流动性比较好,在下一步制作锂离子正极材料时加工性能好,所制成的锂离子正极材料电性能优越。
本发明还提供一种制备上述NixCoyMnzAl1-x-y-z(OH)2的超声波震荡反应器,包括反应器罐体,搅拌装置,进料管,超声波震荡发生器,所述搅拌装置和所述进料管伸进所述反应罐体内部,所述超声波震荡发生器设置在所述反应器罐体内部且靠近所述进料管,其下端与所述进料管下端平齐。
通过将超声波震荡发生器设置在反应器罐体内部且靠近所述进料管,使震荡发生器的下端与所述进料管下端平齐,超声波震荡发生器安装在这个位置和深度,可以使原料在进入反应器之时,就在超声波的作用下有效地分散,进而使得反应生产的氢氧化物晶核相互分散不粘连,避免了在进一步的结晶过程中出现空洞、夹杂,从而不仅可以避免在反应初期出现粘连和圆度差、振实密度低的废料,还可以最终得到振实密度高、比表面积较小且成品内部结构无空洞的氢氧化物前驱体。
优选地,所述进料管与所述超声波震荡发生器相距不大于10cm,所述超声波震荡发生器安装深度至所述反应器的由上至下的2/3处。
优选地,所述进料管为3个,靠近每个进料管各设有一个所述超声波震荡发生器。
优选地,所述反应器罐体为不锈钢,其容积为50L。
优选地,所述超声波震荡发生器功率为600W-3000W,超声波频率是20-40KHZ。
本发明还提供了一种用上述超声波震荡反应器制备NixCoyMnzAl1-x-y-z(OH)2的方法,该方法有效地解决了现有技术中生产氢氧化物前驱体时反应初期出现粘连、空洞、结晶轮廓不圆、振实密度低、比表积大等缺陷的废料的问题。
该方法包括以下步骤:
步骤一,配制盐溶液:用镍盐、钴盐、锰盐中的一种或一种以上配制金属离子摩尔总浓度为1.0-3.0mol/L的盐的水溶液;或者用镍盐、钴盐、锰盐中的一种或一种以上与铝盐混合配制金属离子摩尔总浓度为1.0-3.0mol/L的盐的水溶液;
步骤二,配制摩尔浓度为6-12mol/L的氢氧化钠水溶液;
步骤三,配制摩尔浓度为4-12mol/L的氨水溶液;
步骤四,向所述反应器中加入反应器总容积30%的步骤一所配制的盐溶液,升温至40-80℃;
步骤五,在高纯氮气的保护氛围下,开启所述搅拌装置使转速600-1000r/min和所述超声波震荡发生器,以反应器罐体总容积0.02-0.15%/分钟的流量连续向所述反应器罐体中加入所述步骤二配制的氢氧化钠溶液,并且同时以反应器罐体总容积0.003-0.015%/分钟的流量连续向所述反应器中加入所述步骤三配制的氨水溶液;
步骤六,当反应器中溶液pH值达到10-14时,通过不同的进料管分别同时向所述反应器中以反应器罐体总容积0.1%/分钟的流量连续加入所述步骤一所配制的盐溶液,以反应器罐体总容积0.02-0.15%/分钟的流量连续加入所述步骤二配制的氢氧化钠溶液,以反应器罐体总容积0.003-0.015%/分钟的流量连续加入所述步骤三配制的氨水溶液;所述超声波震荡发生器和所述搅拌装置一直处于开启状态,反应器中溶液pH保持10-14;当反应器溢流后,连续收集生成物;
步骤七,生成物保持反应温度条件下陈化1h,过滤洗涤,将滤饼在干燥机中80-120℃条件下烘干,即得所需氢氧化物。
采用上述方法,由于超声波震荡发生器安装在原料进入反应器的位置,即靠近进料管且震荡发生器下端与所述进料管下端平齐,原料一进入反应器就得到分散,所生成的氢氧化物及时得到了有效的分散,使得反应产物即时生成即时分散,不仅避免了反应初期出现粘连和圆度差、振实密度低的废料,还可以最终得到振实密度高、比表面积较小且成品内部结构无空洞的氢氧化物前驱体。
优选地,上述的制备氢氧化物的方法,所述步骤一中:
所述镍盐为硫酸镍、氯化镍、硝酸镍或乙酸镍中的一种或者一种以上的混合;
所述钴盐为硫酸钴、氯化钴、硝酸钴或乙酸钴中的一种或者一种以上的混合;
所述锰盐为硫酸锰、氯化锰、硝酸锰或乙酸锰中的一种或者一种以上的混合;
所述铝盐为硫酸铝、氯化铝、硝酸铝、乙酸铝或偏铝酸钠中的一种或者一种以上的混合。
优选地,所述步骤四中反应器中的温度保持为50-70℃。
优选地,所述步骤六中反应器中的pH值保持11-12。
附图说明
图1是本发明所提供的超声波震荡反应器示意图。
图2是实施例1所制得的氢氧化镍钴铝的扫描电镜照片。
图3是实施例1所制得的氢氧化镍钴铝的FIB照片。
图4是对比例所制得的氢氧化镍钴铝的扫描电镜照片。
图5是对比例所制得的氢氧化镍钴铝的FIB照片。
具体实施方式
下面对本发明做详细说明。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明提供的锂离子电池正极材料的前驱体NixCoyMnzAl1-x-y-z(OH)2,其中0.5≤x≤1,0≤y≤0.5,0≤z≤0.35,0&lt;x+y+z≤1,在扫描电镜下显示为球形或类球形,平均粒径为10-20微米。
为了制备上述前驱体本发明提供了一种超声波震荡反应器,如图1所示,包括反应器罐体1,超声波震荡发生器2,进料管31、进料管32、进料管33,搅拌装置4,所述搅拌装置4和所述进料管31、32、33伸进所述反应器罐体1内部,所述超声波震荡发生器2设置在所述反应器罐体1内部且靠近所述进料管31、32、33,其下端与所述进料管下端31、32、33平齐。
在生产时,先将一种或多种不发生反应的原料加入反应器罐体1中,并开启并保持开启搅拌装置4和超声波震荡发生器2,然后在工艺设定的温度等条件下,将另一种或多种原料分别从不同的进料管31、32、33持续加入到反应器罐体1中,当然进料管和超声波震荡发生器的数量可以根据具体反应中原料种类的不同而设置不同的数量,比如,如果只有两种原料进行反应,可以将一种原料事先加入到反应器罐体1中,此时可以仅设置一根进料管31和一个超声波震荡发生器2用来加入和分散另一种原料;如果有多种原料进行反应,可以将几种不相互反应的原料事先加入到反应器罐体1中,另外与反应器罐体1内原料反应的原料通过不同的进料管加入,同时通过在靠近每个进料管设置的超声波震荡发生器进行分散。并且由于超声波震荡发生器的下端与所述进料管下端平齐,超声波震荡发生器安装在这个位置和深度,可以使原料在进入反应器之时,就在超声波的作用下有效地分散,进而使得反应产物晶核相互分散不粘连,避免了在进一步的结晶过程中出现空洞、夹杂,还可以最终得到振实密度高、比表面积较小且成品内部结构无空洞的产物。
在安装进料管2和超声波震荡发生器(31、32、33)时,两者相距不宜太远,最好是10cm;所述超声波震荡发生器安装深度至所述反应器的由上至下的2/3处,这样的分散效果最好。
本发明提供的超声波震荡反应器,可以用来生产需要克服产物粘连的产物,如果在反应过程中使用的原料或添加剂有腐蚀性,反应器可以选为不锈钢材料,尤其是50L的不锈钢反应器,在进行各种小试、中试中使用,非常方便。
超声波震荡发生器功率优选为600W-3000W,超声波频率优选为20-40KHZ。
制备本发明所述的锂离子电池正极材料的前驱体NixCoyMnzAl1-x-y-z(OH)2,其中0.5≤x≤1,0≤y≤0.5,0≤z≤0.35,0&lt;x+y+z≤1,具体过程如下:
首先,配制盐溶液:用镍盐、钴盐、锰盐中的一种或一种以上配制金属离子摩尔总浓度为1.0-3.0mol/L的盐的水溶液;或者用镍盐、钴盐、锰盐中的一种或一种以上与铝盐混合配制金属离子摩尔总浓度为1.0-3.0mol/L的盐的水溶液;
然后,配制摩尔浓度为6-12mol/L的氢氧化钠水溶液;
再后,配制摩尔浓度为4-12mol/L的氨水溶液;
所需溶液配好后,向所述反应器罐体1中加入反应器罐体总容积30%的所配制的盐溶液,升温至40-80℃;在高纯氮气的保护氛围下,开启所述搅拌装置4和所述超声波震荡发生器2,向所述反应器罐体1中以反应器罐体总容积0.02-0.15%/分钟的流量连续加入所述步骤二配制的氢氧化钠溶液,以反应器罐体总容积0.003-0.015%/分钟的流量连续加入所述步骤三配制的氨水溶液;
当所述反应器中溶液pH值达到工艺要求值时,通过进料管31向反应罐体1中以反应器罐体总容积0.1%/分钟的流量连续加入所述步骤一所配制的盐溶液、通过进料管32向反应罐体1中以反应器罐体总容积0.02-0.15%/分钟的流量连续加入所配制的氢氧化钠溶液,通过进料管33向反应罐体1中以反应器罐体总容积0.003-0.015%/分钟的流量连续加入所配制的氨水溶液,以上加料同时连续进行;在反应过程中所述超声波震荡发生器2和所述搅拌装置4一直处于开启状态,反应罐体1中溶液pH保持在10-14;当反应器溢流后,连续收集生成的氢氧化物;
最后,半反应生成的氢氧化物保持40-80℃度条件下陈化1h,过滤洗涤,将滤饼在干燥机中80-120℃条件下烘干,即得所需氢氧化物。
以下通过实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
将硫酸镍、硫酸钴、硫酸铝按摩尔比为80:15:2.5的比例称重,然后溶解于去离子水配制成混合均匀浓度为1.0mol/L的镍钴铝混合盐溶液,配制摩尔浓度为10mol/L的氢氧化钠溶液,配制摩尔浓度为8mol/L的氨水溶液,待用。
准备50L材质为304不锈钢的反应器,反应器罐体1内设有三根进料管,分别是镍钴铝混合盐溶液进料管31、氢氧化钠溶液进料管32、氨水溶液进料管33,各进料管可以向反应器内计量加入所需溶液。各进料管的安装深度至所述反应器罐体1总高度由上至下的2/3处。
超声波震荡发生器2安装位置在所述反应器的正上方,安装深度至反应器罐体1总高度由上至下的2/3处,超声波震荡发生器安装数量3个,分别距三根进料管10Cm处,且下端同进料管下端平齐,直径30mm,长度500mm,功率是800W,频率是30KHZ。
在反应器的罐体1中加入总容积的15L的1.0mol/L镍钴铝混合盐溶液,升温至55℃,在高纯氮气的保护氛围下,开启所述搅拌装置和所述超声波震荡发生器,搅拌装置4转速为600r/min,以反应器罐体总容积0.05%/分钟的流量连续加入氢氧化钠溶液,以反应器罐体总容积0.004%/分钟的流量连续加入氨水溶液,当pH值达到12.00时,以反应器罐体总容积0.1%/分钟的流量开启混合盐溶液计量泵连续加入镍钴铝混合盐溶液,同时保持氢氧化钠和氨水的加入流量。反应过程中镍钴铝混合盐溶液计量泵、氨水溶液计量泵、氢氧化钠溶液计量泵同时运行,保证镍钴铝混合盐液、氢氧化钠溶液、氨水溶液三种反应液同时流入反应器罐体1内进行结晶反应,反应过程中保持pH值为12.00-12.20。
反应为连续式反应,当反应罐体中反应物从溢流管溢出后,连续收集物料,物料经过保温55℃陈化1h后过滤洗涤,将滤饼在干燥机中100℃条件烘干得到Ni0.85Co0.15Al0.05(OH)2
产物的物理性能测试:
1、本实施例所制得的Ni0.85Co0.15Al0.05(OH)2的平均粒径(D50)为10.3μm,振实密度为2.06g/ml,比表面积为16.8㎡/g。
2、本实施例所制得的氢氧化镍钴铝做扫描电镜,如图2所示。
本实施例所制得的氢氧化镍钴铝的FIB照片,如图3所示。
实施例2
将硫酸镍、硫酸钴按摩尔比为80:20的比例称重,然后溶解于去离子水配制成混合均匀浓度为2.5mol/L的镍钴混合盐溶液,配制摩尔浓度是12mol/L的氢氧化钠溶液,配制摩尔浓度是12mol/L的氨水溶液,待用;
准备50L材质为304不锈钢的反应器,反应器罐体1内设有三根进料管,分别是镍钴混合盐溶液进料管31、氢氧化钠溶液进料管32、氨水溶液进料管33,各进料管可以向反应器内计量加入所需溶液。各进料管的安装深度至所述反应器罐体1总高度由上至下的2/3处。
超声波震荡发生器2安装位置在所述反应器的正上方,安装深度至反应器罐体1总高度由上至下的2/3处,超声波震荡发生器2安装数量3个,分别距三根进料管10Cm处,且下端同进料管下端平齐,直径40mm,长度500mm,功率是1500W,频率是30KHZ。
在反应器的罐体1中加入总体积为15L、浓度为2.5mol/L的镍钴混合盐溶液,升温至60℃,在高纯氮气的保护氛围下,开启所述搅拌装置4和所述超声波震荡发生器2,搅拌装置4转速为700r/min,以反应器罐体总容积0.08%/分钟的流量连续加入氢氧化钠溶液,以反应器罐体总容积0.008%/分钟的流量连续加入氨水溶液,当pH值达到13.00时,以反应器罐体总容积0.1%/分钟的流量开启混合盐溶液计量泵连续加入混合盐溶液,同时保持氢氧化钠和氨水的加入流量。反应过程中镍钴铝混合盐溶液计量泵、氨水溶液计量泵、氢氧化钠溶液计量泵同时运行,保证混合盐液、氢氧化钠溶液、氨水溶液三种反应液同时流入反应罐体1内进行结晶反应,反应过程中保持pH值为13.00-13.50。
反应为连续式反应,当反应罐体中反应物从溢流管溢出后,连续收集物料,物料经过保温60℃陈化1h后过滤洗涤,将滤饼在干燥机中80℃条件下烘干得到Ni0.80Co0.20(OH)2
产物的物理性能测试:
本对比例所制得的Ni0.80Co0.20(OH)2的平均粒径(D50)为11.0μm,振实密度为2.15g/ml,比表面积为10.5㎡/g。
实施例3
将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰按摩尔比为6:2:2的比例称重,然后溶解于去离子水配制成混合均匀浓度为2.0mol/L的镍钴锰混合盐溶液,配制摩尔浓度是10mol/L的氢氧化钠溶液,配制摩尔浓度是10mol/L的氨水溶液,待用。
准备50L材质为304的不锈钢反应器,反应器罐体1内设有三根反应液进料管,分别是镍钴锰混合盐溶液进料管31、氢氧化钠溶液进料管32、氨水溶液进料管33,各进料管可以向反应器内计量加入所需溶液。各进料管的安装深度至所述反应器罐体1总高度由上至下的2/3处。
超声波震荡发生器2安装位置在反应器的正上方,安装深度至反应器罐体1总高度由上至下的2/3处,超声波震荡发生器安装数量3个,分别位于距三根进料管10Cm处,且下端同进料管下端平齐,直径40mm,长度500mm,功率是800W,频率是30KHZ。
反应器的罐体1中加入总体积为15L的浓度为2.0mol/L的镍钴锰混合盐溶液,升温至70℃,在高纯氮气的保护氛围下,开启所述搅拌装置4和超声波震荡发生器2,搅拌装置4转速为800r/min,以反应器罐体总容积0.10%/分钟的流量连续加入氢氧化钠溶液,以反应器罐体总容积0.010%/分钟的流量连续加入氨水溶液,当pH值达到12.00时,以反应器罐体总容积0.1%/分钟的流量开启混合盐溶液计量泵连续加入混合盐溶液,同时保持氢氧化钠和氨水的加入流量。反应过程中镍钴锰混合盐溶液计量泵、氨水溶液计量泵、氢氧化钠溶液计量泵同时运行,保证混合盐液、氢氧化钠溶液、氨水溶液三种反应液同时流入反应罐体1内进行结晶反应,反应过程中保持pH值为12.00-12.50
反应为连续式反应,当反应罐体中反应物从溢流管溢出后,连续收集物料,物料经过保温70℃陈化1h后过滤洗涤,将滤饼在干燥机中120℃条件下烘干得到Ni0.60Co0.20Mn0.20(OH)2
产物的物理性能测试:
本对比例所制得的Ni0.60Co0.20Mn0.20(OH)2的平均粒径(D50)为11.2μm,振实密度为2.10g/ml,比表面积为11.2㎡/g。
实施例4
将硫酸镍、硫酸锰按摩尔比为65:35的比例称重,然后溶解于去离子水配制成混合均匀浓度为2.2mol/L的镍锰混合盐溶液,配制摩尔浓度是6mol/L的氢氧化钠溶液,配制摩尔浓度是4mol/L的氨水溶液,待用。
准备50L材质为304不锈钢的反应器,反应器罐体1内设有三根进料管,分别是镍锰混合盐溶液进料管31、氢氧化钠溶液进料管32、氨水溶液进料管33,各进料管可以向反应器内计量加入所需溶液。各进料管的安装深度至所述反应器罐体1总高度由上至下的2/3处。
超声波震荡发生器2安装位置在反应器的正上方,安装深度至反应器罐体1总高度由上至下的2/3处,超声波震荡发生器安装数量3个,分别位于距三根进料管10Cm处,且下端同进料管下端平齐,直径40mm,长度500mm,功率是1000W,频率是20KHZ。
在反应器的罐体1中加入总体积为15L、浓度为2.2mol/L的镍锰混合盐溶液,升温至80℃,在高纯氮气的保护氛围下,开启所述搅拌装置4和所述超声波震荡发生器2,搅拌装置4转速为1000r/min,以反应器罐体总容积0.02%/分钟的流量连续加入氢氧化钠溶液,以反应器罐体总容积0.003%/分钟的流量连续加入氨水溶液,当pH值达到10.00时,以反应器罐体总容积0.1%/分钟的流量开启混合盐溶液计量泵连续加入混合盐溶液,同时保持氢氧化钠和氨水的加入流量。反应过程中镍锰混合盐溶液计量泵、氨水溶液计量泵、氢氧化钠溶液计量泵同时运行,保证混合盐液、氢氧化钠溶液、氨水溶液三种反应液同时流入反应罐体1内进行结晶反应,反应过程中保持pH值为10.00-10.50
反应为连续式反应,当反应罐体中反应物从溢流管溢出后,连续收集物料,物料经过保温80℃陈化1h后过滤洗涤,将滤饼在干燥机中100℃条件下烘干得到Ni0.65Mn0.35(OH)2
产物的物理性能测试:
本对比例所制得的Ni0.65Mn0.35(OH)2的平均粒径(D50)为11.9μm,振实密度为1.85g/ml,比表面积为16.5㎡/g。
实施例5
将氯化镍称重,然后溶解于去离子水配制成混合均匀浓度为3.0mol/L的镍盐溶液,配制摩尔浓度是8mol/L的氢氧化钠溶液,配制摩尔浓度是12mol/L的氨水溶液,待用。
准备50L材质为304的反应器,反应器罐体1内设有三根进料管,分别是镍盐溶液进料管31、氢氧化钠溶液进料管32、氨水溶液进料管33,各进料管可以向反应器内计量加入所需溶液。各进料管的安装深度至所述反应器罐体1总高度由上至下的2/3处。
超声波震荡发生器2安装位置在反应器的正上方,安装深度至反应器罐体1总高度由上至下的2/3处,超声波震荡发生器安装数量3个,分别位于距三根进料管10Cm处,且下端同进料管下端平齐,直径50mm,长度500mm,功率是500W,频率是20KHZ;
在反应器的罐体1中加入总体积为15L、浓度为2.2mol/L的镍盐溶液,升温至40℃,在高纯氮气的保护氛围下,开启所述搅拌装置4和所述超声波震荡发生器2,搅拌装置4转速为1000r/min,以反应器罐体总容积0.15%/分钟的流量连续加入氢氧化钠溶液,以反应器罐体总容积0.015%/分钟的流量连续加入氨水溶液,当pH值达到13.00时,以反应器罐体总容积0.1%/分钟的流量开启镍盐溶液计量泵连续加入镍盐溶液,同时保持氢氧化钠和氨水的加入流量。反应过程中镍盐溶液计量泵、氨水溶液计量泵、氢氧化钠溶液计量泵同时运行,保证镍盐溶液、氢氧化钠溶液、氨水溶液三种反应液同时流入反应罐体1内进行结晶反应,反应过程中保持pH值为13.00-14.00。
反应为连续式反应,当反应罐体中反应物从溢流管溢出后,连续收集物料,物料经过保温40℃陈化1h后过滤洗涤,将滤饼在干燥机中120℃条件下烘干得到Ni(OH)2
产物的物理性能测试:
本对比例所制得的Ni(OH)2平均粒径(D50)为11.2μm,振实密度为2.18g/ml,比表面积为10.2㎡/g。
对比例
采用和实施例1相同方法和比例配制浓度为1.0mol/L的镍钴铝混合盐溶液,配制摩尔浓度是10mol/L的氢氧化钠溶液,配制摩尔浓度是8mol/L的氨水溶液。
与实施例1不同之处在于,所用的不锈钢反应器罐体1中不安装超声波震荡发生器。所用的反应器大小及其它结构与实施例1相同。
采用和实施例1相同的工艺条件进行加料和反应,所不同之处在于没有超声波震荡分散,其它搅拌和加热、加料及PH值的控制均与实施例相同。制成Ni0.85Co0.15Al0.05(OH)2的陈化、干燥条件均相同。
产物的物理性能测试:
1、本对比例所制得的Ni0.85Co0.15Al0.05(OH)2的平均粒径(D50)为10.3μm,振实密度为1.76g/ml,比表面积为35.4㎡/g。
2、本对比例所制得的Ni0.85Co0.15Al0.05(OH)2做扫描电镜,如图4所示。
本对比例所制得的Ni0.85Co0.15Al0.05(OH)2的FIB照片如图5所示。
由以上实施例1和对比例的对比可以看出,在同样的反应条件下,仅是在反应器罐体内内靠近进料管处设置超声波震荡器且其下端与进料管下端平齐,所得氢氧化镍钴铝在同样平均粒径(D50)时,振实密度增加,并且比表面积减小。
从所得的氢氧化镍钴铝产品的描扫电镜图片可以看出实施例1所得产品结晶体比对比例的结晶体外观更加致密,内部空洞明显减少和减小。
另外实施例1至5在反应初期生成的氢氧化物前驱体中均没有出现晶核粘连现象,不存在过渡料的浪费;各实施所得的前驱体氢氧化物的平均粒径(D50)均在10-20微米,并且振实密度较大。
本发明用以上方法制备了性能优异的锂离子正极材料前驱体氢氧化镍钴铝、氢氧化镍钴、氢氧化镍钴锰、氢氧化镍锰、氢氧化镍。
当然用本发明的设备和方法,还可以制备其它锂离子正极材料前驱体氢氧化物,如氢氧化镍钴锰铝、氢氧化镍锰铝等,所以本发明的实施例只是为了说明本发明的原理进行的举例,并不是对本发明的限制。对于本领域的技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种锂离子电池正极材料前驱体,其化学式为NixCoyMnzAl1-x-y-z(OH)2,其特征在于,所述前驱体NixCoyMnzAl1-x-y-z(OH)2中0.5≤x≤1,0≤y≤0.5,0≤z≤0.35,0&lt;x+y+z≤1,且其在扫描电镜下显示为球形或类球形,平均粒径为10-20微米。
2.一种制备如权利要求1所述的锂离子电池正极材料前驱体的超声波震荡反应器,包括反应器罐体,搅拌装置,进料管,超声波震荡发生器,所述搅拌装置和所述进料管伸进所述反应器罐体内部,其特征在于,所述超声波震荡发生器设置在所述反应器罐体内部且靠近所述进料管,其下端与所述进料管下端平齐。
3.如权利要求2所述的制备锂离子电池正极材料前驱体的超声波震荡反应器,其特征在于,所述进料管与所述超声波震荡发生器相距不大于10cm,所述超声波震荡发生器安装深度至所述反应器罐体的由上至下总高度的2/3处。
4.如权利要求3所述的制备锂离子电池正极材料前驱体的超声波震荡反应器,其特征在于,所述进料管为3个,靠近每个进料管各设有一个所述超声波震荡发生器。
5.如权利要求4所述的制备锂离子电池正极材料前驱体的超声波震荡反应器,其特征在于,所述反应器罐体为不锈钢,其容积为50L。
6.如权利要求4所述的制备锂离子电池正极材料前驱体的超声波震荡反应器,其特征在于,所述超声波震荡发生器功率为600W-3000W,超声波频率为20-40KHZ。
7.一种用权利要求2至6之一所述的超声波震荡反应器制备权利要求1所述的锂离子电池正极材料前驱体的方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤一,配制盐溶液:用镍盐、钴盐、锰盐中的一种或一种以上配制金属离子摩尔总浓度为1.0-3.0mol/L的盐的水溶液;或者用镍盐、钴盐、锰盐中的一种或一种以上与铝盐混合配制金属离子摩尔总浓度为1.0-3.0mol/L的盐的水溶液;
步骤二,配制摩尔浓度为6-12mol/L的氢氧化钠水溶液;
步骤三,配制摩尔浓度为4-12mol/L的氨水溶液;
步骤四,向所述反应器中加入反应器罐体总容积30%的步骤一所配制的盐溶液,升温至40-80℃;
步骤五,在高纯氮气的保护氛围下,开启所述搅拌装置使转速为600-1000r/min和所述超声波震荡发生器,以反应器罐体总容积0.02-0.15%/分钟的流量连续向所述反应器罐体中加入所述步骤二配制的氢氧化钠溶液,并且同时以反应器罐体总容积0.003-0.015%/分钟的流量连续向所述反应器中加入所述步骤三配制的氨水溶液;
步骤六,当反应器中溶液pH值达到10-14时,通过不同的进料管分别同时向所述反应器中以反应器罐体总容积0.1%/分钟的流量连续加入所述步骤一所配制的盐溶液,以反应器罐体总容积0.02-0.15%/分钟的流量连续加入所述步骤二配制的氢氧化钠溶液,以反应器罐体总容积0.003-0.015%/分钟的流量连续加入所述步骤三配制的氨水溶液;所述超声波震荡发生器和所述搅拌装置一直处于开启状态,反应器中溶液pH保持10-14;当反应器溢流后,连续收集生成物;
步骤七,生成物保持反应温度条件下陈化1h,过滤洗涤,将滤饼在干燥机中80-120℃条件下烘干,即得所需氢氧化物。
8.如权利要求7所述的用超声波震荡反应器制备如权利要求1所述的锂离子电池正极材料前驱体的方法,其特征在于,所述步骤一中:
所述镍盐为硫酸镍、氯化镍、硝酸镍或乙酸镍中的一种或者一种以上的混合;
所述钴盐为硫酸钴、氯化钴、硝酸钴或乙酸钴中的一种或者一种以上的混合;
所述锰盐为硫酸锰、氯化锰、硝酸锰或乙酸锰中的一种或者一种以上的混合;
所述铝盐为硫酸铝、氯化铝、硝酸铝、乙酸铝或偏铝酸钠中的一种或者一种以上的混合。
9.如权利要求7或8所述超声波震荡反应器制备如权利要求1所述的锂离子电池正极材料前驱体的方法,其特征在于,所述步骤四中反应器中的温度保持为50-70℃。
10.如权利要求9所述的超声波震荡反应器制备如权利要求1所述的锂离子电池正极材料前驱体的方法,其特征在于,所述步骤六中反应器中的pH值保持11-12。
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