一种功率型三元正极前驱体的形貌控制方法与流程

    技术2026-09-14  3


    本发明涉及锂离子电池正极材料,具体涉及一种功率型三元正极前驱体的形貌控制方法。


    背景技术:

    1、具有高电压和高能量密度的锂离子电池(lib)能够适用于各种应用,如小型电子设备、电动汽车和储能单元等。对于锂离子电池正极材料,其具有能量密度高、热稳定性好、循环寿命长、成本低等优点。电池电动汽车的正极材料需要高能量密度,而混合动力电动汽车的正极材料则需要高功率性能。ncm的电化学性能受其表面形貌等因素的影响,而前驱体合成过程对其有密切影响。因此,前驱体的形貌控制对于ncm的电化学性能非常重要。

    2、高功率材料常规使用空气、氧气等气体作为氧化剂进行形貌调控。其缺点十分明显,由于气液界面的存在,导致材料在合成过程中稳定性、均匀性较差。且常规气体计量设备精度低于液相计量设备,其重现性也较差。若通过改用液相氧化剂进行流量控制,理论上可以更准确控制浆料中溶解氧浓度,然而,目前业界尚缺乏一种相对可行的液相氧化剂控制方案。

    3、因此,如何解决上述现有技术存在的不足,便成为本发明所要研究解决的课题。


    技术实现思路

    1、本发明的目的是提供一种功率型三元正极前驱体的形貌控制方法。

    2、为达到上述目的,本发明采用的技术方案是:

    3、一种功率型三元正极前驱体的形貌控制方法,包括:

    4、步骤一、配制镍、钴和锰混合三元溶液,镍钴锰混合三元溶液中的镍离子、钴离子、锰离子的浓度之和为0.5~2.5mol/l;

    5、配制摩尔比浓度为10mol/l的氢氧化钠或氢氧化钾溶液作为沉淀剂;

    6、配制摩尔浓度为2~2.6mol/l的络合剂;

    7、配制摩尔浓度为0.01~0.5mol/l的氧化剂,所述氧化剂包括双氧水、过氧乙酸、次氯酸钠溶液中的一种或多种;

    8、步骤二、向反应釜内加入纯水、所述沉淀剂和所述络合剂配成底液,通入氮气或惰性气体排除空气干扰,其中底液的ph值为12~12.6,底液中的氨浓度为0.05~0.25mol/l,底液的温度为60℃;

    9、步骤三、将步骤一中所述混合三元溶液、所述沉淀剂、所述络合剂、所述氧化剂并流加入反应釜中进行共沉淀反应,反应至物料的d50达到2.5~5um后停止进液,得到浆料;

    10、步骤四、将所述浆料进行离心洗涤、烘干、过筛、除铁,得到功率型三元正极前驱体材料。

    11、进一步的技术方案,步骤二中,反应釜的搅拌转速为500~750rpm,底液中氨浓度为2~10g/l,底液ph为12.0~12.6。

    12、进一步的技术方案,步骤三中,反应过程中的反应温度为50~70℃,ph为11~11.5,氨浓度为2~8g/l,反应釜搅拌转速为300~600rpm。

    13、进一步的技术方案,步骤三中,所述混合三元溶液、所述沉淀剂、所述络合剂、所述氧化剂同时注入到反应釜的进液流量分别为300~700ml/min、200~400ml/min、10~50ml/min、10~50ml/min。

    14、进一步的技术方案,所述混合三元溶液中的镍离子、钴离子、锰离子的浓度之和为1~2.5mol/l。

    15、进一步的技术方案,所述络合剂包括氨水溶液、硫酸铵溶液、草酸溶液、柠檬酸中的一种或多种的组合。

    16、进一步的技术方案,步骤四得到的前驱体的化学式为:nixcoymn1-x-y(oh)2,其中,0.3<x<0.6,y≤0.4。

    17、关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”等,均为开放性的用语,即意指包含但不限于。

    18、关于本文中所使用的用词(terms),除有特别注明外,通常具有每个用词使用在此领域中、在本案内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本案的用词将于下或在此说明书的别处讨论,以提供本领域技术人员在有关本案描述上额外的引导。

    19、本发明的工作原理及优点如下:

    20、1、本发明通过控制共沉淀过程中溶解氧浓度,可以控制nixcoymn1-x-y(oh)2前驱体的形貌。在高溶解氧浓度下,获得了具有高比表面积的多孔颗粒,而在低溶解氧浓度下,获得了具有高振实密度的致密颗粒。

    21、2、本发明提供一种三元正极前驱体的氧化工艺,通过使用双氧水、过氧乙酸、次氯酸钠等氧化剂代替空气氧化,控制浆料中的溶解氧浓度,进而控制功率型三元正极前驱体的形貌,能够得到颗粒更加均一的三元正极前驱体,解决了前驱体产品因一次颗粒不均匀导致产品内部过于疏松、球型度差等问题。



    技术特征:

    1.一种功率型三元正极前驱体的形貌控制方法,其特征在于:包括:

    2.根据权利要求1所述的一种功率型三元正极前驱体的形貌控制方法,其特征在于:步骤二中,反应釜的搅拌转速为500~750rpm,底液中氨浓度为2~10g/l,底液ph为12.0~12.6。

    3.根据权利要求1所述的一种功率型三元正极前驱体的形貌控制方法,其特征在于:步骤三中,反应过程中的反应温度为50~70℃,ph为11~11.5,氨浓度为2~8g/l,反应釜搅拌转速为300~600rpm。

    4.根据权利要求1所述的一种功率型三元正极前驱体的形貌控制方法,其特征在于:步骤三中,所述混合三元溶液、所述沉淀剂、所述络合剂、所述氧化剂同时注入到反应釜的进液流量分别为300~700ml/min、200~400ml/min、10~50ml/min、10~50ml/min。

    5.根据权利要求1所述的一种功率型三元正极前驱体的形貌控制方法,其特征在于:所述混合三元溶液中的镍离子、钴离子、锰离子的浓度之和为1~2.5mol/l。

    6.根据权利要求1所述的一种功率型三元正极前驱体的形貌控制方法,其特征在于:所述络合剂包括氨水溶液、硫酸铵溶液、草酸溶液、柠檬酸中的一种或多种的组合。

    7.根据权利要求1所述的一种功率型三元正极前驱体的形貌控制方法,其特征在于:步骤四得到的前驱体的化学式为:nixcoymn1−x−y(oh)2,其中,0.3<x<0.6,y≤0.4。


    技术总结
    一种功率型三元正极前驱体形貌控制方法,通过控制共沉淀过程中的溶解氧浓度,合成不同形貌的功率型三元正极前驱体,随着溶解氧浓度的增加,前驱体颗粒孔隙率增大。本发明使用双氧水、过氧乙酸、次氯酸钠等氧化剂替代常规的氧化剂如空气、氧气,调节浆料溶解氧浓度,制备的致密形态的功率型三元正极前驱体具有较高的体积能量密度,制备的多孔形态的功率型三元正极前驱体具有较高的放电容量和倍率性能。并且使用双氧水、过氧乙酸、次氯酸钠等氧化剂制备的前驱体一次颗粒、球型度、孔隙率都优于空气、氧气。通过控制共沉淀过程中的溶解氧浓度来控制形貌的方法可以应用于改善正极材料的电化学性能。

    技术研发人员:黄帅杰,任权,耿新新,张赛楠,褚凤辉,沈枭,朱用
    受保护的技术使用者:南通金通储能动力新材料有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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