專利名稱：一種連續(xù)法制備球形鎳鈷鋁固溶體三元材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種連續(xù)法制備球形鎳鈷鋁固溶體三元材料的方法。
背景技術(shù)：
隨著人類的發(fā)展和進(jìn)步，對能源的大力開發(fā)研究利用越來越必要和緊迫，尋求、開發(fā)可替代二次能源就顯的尤為重要。鋰離子電池是一種新型的高能二次電池，由于自身具有比能量高、循環(huán)周期長、放電性能穩(wěn)定、環(huán)境污染小、開發(fā)潛力大等明顯優(yōu)勢，現(xiàn)已成為全球能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展和開發(fā)的一個(gè)重點(diǎn)方向。而最近幾年中，鋰離子正極材料中的鎳鈷錳三元鋰離子正極材料發(fā)展十分迅猛，由于鎳鈷錳的協(xié)同效應(yīng)，鎳鈷錳三元鋰離子電池正極材料綜合了 LiNiO2 > LiCoO2, LiMnO2三種層狀結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)點(diǎn)，其電化學(xué)性能優(yōu)于以上LiNiO2, LiCoO2, LiMnO2中任何單一組分正極材料，成為了全球范圍內(nèi)鋰離子電池正極材料研究的熱點(diǎn)。然而，在實(shí)際使用時(shí)，發(fā)現(xiàn)用鎳鈷錳三元材料做成的鋰離子電池在某些性能方面也存在不足，針對鋰離子電池正極材料鎳鈷錳三元材料的性能改善需求，提供一種性能更優(yōu)的連續(xù)法制備球形鎳鈷鋁固溶體三元材料的方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種連續(xù)法制備球形鎳鈷鋁固溶體三元材料的方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種連續(xù)法制備球形鎳鈷鋁固 溶體三元材料的方法，其特征在于，將水溶性鎳鹽、鈷鹽和鋁鹽溶解成金屬混合鹽水溶液，再將金屬混合鹽水溶液、絡(luò)合劑水溶液，沉淀劑水溶液和抗氧化劑水溶液分別經(jīng)精密流量控制系統(tǒng)連續(xù)注入到溫度為50 70°C反應(yīng)釜中，控制反應(yīng)體系攪拌速度，控制反應(yīng)液氨值和PH值，持續(xù)反應(yīng)生成鎳鈷鋁三元?dú)溲趸锕倘荏w，再經(jīng)結(jié)晶、生長成球形顆粒后，再經(jīng)陳化、洗滌、干燥得到。進(jìn)一步，所述水溶性鎳鹽、鈷鹽、鋁鹽分別為硫酸鹽、氯化鹽或硝酸鹽其中一種或幾種。優(yōu)選地，所述水溶性鎳鹽、鈷鹽、鋁鹽均為硫酸鹽，金屬混合鹽水溶液中硫酸鎳濃度為0.90 1.50 mol/L，硫酸鈷濃度為0.30 0.90 mol/L，硫酸鋁濃度為0.10 0.60mol/L0進(jìn)一步，所述絡(luò)合劑為氨水，絡(luò)合劑濃度為6.0 12.0 mol/L。進(jìn)一步，所述沉淀劑為氫氧化鈉和/或氫氧化鉀，沉淀劑濃度為3.0 7.5 mol/L。進(jìn)一步，所述抗氧化劑為水合肼，抗氧化劑濃度為12 30%，抗氧化劑和金屬混合鹽水溶液進(jìn)料體積比為1: 15 30。
進(jìn)一步，控制反應(yīng)液氨值為6.0 12.0 g/L。進(jìn)一步，控制反應(yīng)液pH值為9.5 12.5。進(jìn)一步，控制反應(yīng)體系的攪拌速度為110 260 r/min。較為完善的是，制備的球形鎳鈷鋁固溶體三元材料的球形顆粒的D5tl為5 20 u m。本發(fā)明連續(xù)法制備球形鎳鈷鋁固溶體三元材料的方法，其優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在:
1、工藝流程簡單，反應(yīng)易于控制。2、產(chǎn)品球形度好，振實(shí)密度高。3、具有很廣闊的發(fā)展前景，市場潛力大。


圖1是本發(fā)明實(shí) 施例1制備產(chǎn)品的1000倍掃描電鏡圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制備產(chǎn)品的10000倍掃描電鏡圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例1制備產(chǎn)品的掃描X衍射圖。
具體實(shí)施例方式為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。實(shí)施例1
將水溶性鎳鹽、鈷鹽和鋁鹽溶解成金屬混合鹽水溶液,再將金屬混合鹽水溶液、絡(luò)合劑水溶液，沉淀劑水溶液和抗氧化劑水溶液分別經(jīng)精密流量控制系統(tǒng)連續(xù)注入到溫度為65±0.2°C反應(yīng)釜中，控制反應(yīng)體系攪拌速度，控制反應(yīng)液氨值和pH值，持續(xù)反應(yīng)生成鎳鈷鋁三元?dú)溲趸锕倘荏w，再經(jīng)結(jié)晶、生長成球形顆粒后，再經(jīng)陳化、洗滌、干燥得到球形鎳鈷鋁固溶體三元材料，其球形顆粒的D5tl為5 20 ii m。金屬混合鹽水溶液中，硫酸鎳濃度為1.30 mol/L,硫酸鈷濃度為0.85 mol/L,硫酸鋁濃度為0.30 mol/L。絡(luò)合劑為氨水，絡(luò)合劑濃度為9.5 mol/L ;沉淀劑為氫氧化鉀，沉淀劑濃度為4.0mol/L ;抗氧化劑為水合肼，抗氧化劑濃度為26% (體積百分比，下同)；抗氧化劑和金屬混合鹽水溶液進(jìn)料體積比為1:19?？刂品磻?yīng)液氨值為11.5 g/L，控制反應(yīng)液pH值為11.6 11.8，控制反應(yīng)體系的攪拌速度為175 r/min。請參閱圖1一3，此球形鎳鈷鋁固溶體三元材料，球形度好，振實(shí)密度高，振實(shí)密度為 2.43 g/cm3。實(shí)施例2
將水溶性鎳鹽、鈷鹽和鋁鹽溶解成金屬混合鹽水溶液,再將金屬混合鹽水溶液、絡(luò)合劑水溶液，沉淀劑水溶液和抗氧化劑水溶液分別經(jīng)精密流量控制系統(tǒng)連續(xù)注入到溫度為60±0.2°C反應(yīng)釜中，控制反應(yīng)體系攪拌速度，控制反應(yīng)液氨值和pH值，持續(xù)反應(yīng)生成鎳鈷鋁三元?dú)溲趸锕倘荏w，再經(jīng)結(jié)晶、生長成球形顆粒后，再經(jīng)陳化、洗滌、干燥得到球形鎳鈷鋁固溶體三元材料，其球形顆粒的D5tl為5 20 ii m。金屬混合鹽水溶液中，硝酸鎳濃度為0.90 mol/L,硫酸鈷濃度為0.75 mol/L,氯化鋁濃度為0.60 mol/L。
絡(luò)合劑為氨水，絡(luò)合劑濃度為11.5 mol/L ;沉淀劑為氫氧化鈉，沉淀劑濃度為7.0mol/L ;抗氧化劑為水合肼,抗氧化劑濃度為24% ;抗氧化劑和金屬混合鹽水溶液進(jìn)料體積比為1:20?？刂品磻?yīng)液氨值為11.7 g/L，控制反應(yīng)液pH值為11.1 11.3，控制反應(yīng)體系的攪拌速度為185 r/min。實(shí)施例3
將水溶性鎳鹽、鈷鹽和鋁鹽溶解成金屬混合鹽水溶液,再將金屬混合鹽水溶液、絡(luò)合劑水溶液，沉淀劑水溶液和抗氧化劑水溶液分別經(jīng)精密流量控制系統(tǒng)連續(xù)注入到溫度為68±0.2°C反應(yīng)釜中，控制反應(yīng)體系攪拌速度，控制反應(yīng)液氨值和pH值，持續(xù)反應(yīng)生成鎳鈷鋁三元?dú)溲趸锕倘荏w，再經(jīng)結(jié)晶、生長成球形顆粒后，再經(jīng)陳化、洗滌、干燥得到球形鎳鈷鋁固溶體三元材料，其球形顆粒的D5tl為5 20 ii m。金屬混合鹽水溶液中，硝酸鎳濃度為1.50 mol/L,硝酸鈷濃度為0.65 mol/L,硫酸鋁濃度為0.43 mol/L。絡(luò)合劑為氨水，絡(luò)合劑濃度為10.5 mol/L ;沉淀劑為氫氧化鉀，沉淀劑濃度為7.2mol/L ;抗氧化劑為水合肼,抗氧化劑濃度為28% ;抗氧化劑和金屬混合鹽水溶液進(jìn)料體積比為1:18?？刂品磻?yīng)液氨值為11.2 g/L,控制反應(yīng)液pH值為10.9 11.1,控制反應(yīng)體系的攪拌速度為260 r/min。實(shí)施例4
將水溶性鎳鹽、鈷鹽和鋁鹽溶解成金屬混合鹽水溶液,再將金屬混合鹽水溶液、絡(luò)合劑水溶液，沉淀劑水溶液和抗氧化劑水溶液分別經(jīng)精密流量控制系統(tǒng)連續(xù)注入到溫度為65±0.2°C反應(yīng)釜中，控制反應(yīng)體系攪拌速度，控制反應(yīng)液氨值和pH值，持續(xù)反應(yīng)生成鎳鈷鋁三元?dú)溲趸锕倘荏w，再經(jīng)結(jié)晶、生長成球形顆粒后，再經(jīng)陳化、洗滌、干燥得到球形鎳鈷鋁固溶體三元材料，其球形顆粒的D5tl為5 20 ii m。金屬混合鹽水溶液中，氯化鎳濃度為1.25 mol/L,硫酸鈷濃度為0.67 mol/L,硝酸鋁濃度為0.49 mol/L。絡(luò)合劑為氨水，絡(luò)合劑濃度為9.5 mol/L ;沉淀劑為氫氧化鈉，沉淀劑濃度為4mol/L ;抗氧化劑為水合肼,抗氧化劑濃度為30% ;抗氧化劑和金屬混合鹽水溶液進(jìn)料體積比為1:15?？刂品磻?yīng)液氨值為11.4 g/L，控制反應(yīng)液pH值為12.0 12.2，控制反應(yīng)體系的攪拌速度為115 r/min。實(shí)施例5
將水溶性鎳鹽、鈷鹽和鋁鹽溶解成金屬混合鹽水溶液,再將金屬混合鹽水溶液、絡(luò)合劑水溶液，沉淀劑水溶液和抗氧化劑水溶液分別經(jīng)精密流量控制系統(tǒng)連續(xù)注入到溫度為57±0.2°C反應(yīng)釜中，控制反應(yīng)體 系攪拌速度，控制反應(yīng)液氨值和pH值，持續(xù)反應(yīng)生成鎳鈷鋁三元?dú)溲趸锕倘荏w，再經(jīng)結(jié)晶、生長成球形顆粒后，再經(jīng)陳化、洗滌、干燥得到球形鎳鈷鋁固溶體三元材料，其球形顆粒的D5tl為5 20 ii m。金屬混合鹽水溶液中，硫酸鎳濃度為1.17 mol/L,氯化鈷濃度為0.62 mol/L,硝酸鋁濃度為0.53 mol/L。
絡(luò)合劑為氨水，絡(luò)合劑濃度為8.2 mol/L;沉淀劑為氫氧化鈉，沉淀劑濃度為5.6mol/L ;抗氧化劑為水合肼,抗氧化劑濃度為28% ;抗氧化劑和金屬混合鹽水溶液進(jìn)料體積比為1:19?？刂品磻?yīng)液氨值為11.0 g/L，控制反應(yīng)液pH值為10.8 11.0，控制反應(yīng)體系的攪拌速度為135 r/min。以上內(nèi)容僅僅是對本發(fā) 明構(gòu)思所作的舉例和說明，所屬本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離發(fā)明的構(gòu)思或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)法制備球形鎳鈷鋁固溶體三元材料的方法，其特征在于，將水溶性鎳鹽、鈷鹽和鋁鹽溶解成金屬混合鹽水溶液，再將金屬混合鹽水溶液、絡(luò)合劑水溶液，沉淀劑水溶液和抗氧化劑水溶液分別經(jīng)精密流量控制系統(tǒng)連續(xù)注入到溫度為50 70°C反應(yīng)釜中，控制反應(yīng)體系攪拌速度，控制反應(yīng)液氨值和PH值，持續(xù)反應(yīng)生成鎳鈷鋁三元?dú)溲趸锕倘荏w，再經(jīng)結(jié)晶、生長成球形顆粒后，再經(jīng)陳化、洗滌、干燥得到。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)法制備球形鎳鈷鋁固溶體三元材料的方法，其特征在于，所述水溶性鎳鹽、鈷鹽、鋁鹽分別為硫酸鹽、氯化鹽或硝酸鹽其中一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種連續(xù)法制備球形鎳鈷鋁固溶體三元材料的方法，其特征在于，所述水溶性鎳鹽、鈷鹽、鋁鹽均為硫酸鹽，金屬混合鹽水溶液中硫酸鎳濃度為0.90 1.50 mol/L，硫酸鈷濃度為0.30 0.90 mol/L，硫酸鋁濃度為0.10 0.60 mol/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)法制備球形鎳鈷鋁固溶體三元材料的方法，其特征在于，所述絡(luò)合劑為氨水，絡(luò)合劑濃度為6.0 12.0 mol/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)法制備球形鎳鈷鋁固溶體三元材料的方法，其特征在于，所述沉淀劑為氫氧化鈉和/或氫氧化鉀，沉淀劑濃度為3.0 7.5 mol/L。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)法制備球形鎳鈷鋁固溶體三元材料的方法，其特征在于，所述抗氧化劑為水合肼，抗氧化劑濃度為12 30%，抗氧化劑和金屬混合鹽水溶液進(jìn)料體積比為1: 15 30。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)法制備球形鎳鈷鋁固溶體三元材料的方法，其特征在于，控制反應(yīng)液氨值為6.0 12.0 g/L。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)法制備球形鎳鈷鋁固溶體三元材料的方法，其特征在于，控制反應(yīng)液pH 值為9.5 12.5。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)法制備球形鎳鈷鋁固溶體三元材料的方法，其特征在于，控制反應(yīng)體系的攪拌速度為110 260 r/min。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 9任一項(xiàng)所述的一種連續(xù)法制備球形鎳鈷鋁固溶體三元材料的方法，其特征在于，制備的球形鎳鈷鋁固溶體三元材料的球形顆粒的D5tl為5 20 ii m。
全文摘要
本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種連續(xù)法制備球形鎳鈷鋁固溶體三元材料的方法。將水溶性鎳鹽、鈷鹽和鋁鹽溶解成金屬混合鹽水溶液，再將金屬混合鹽水溶液、絡(luò)合劑水溶液，沉淀劑水溶液和抗氧化劑水溶液分別經(jīng)精密流量控制系統(tǒng)連續(xù)注入到溫度為50～70℃反應(yīng)釜中，控制反應(yīng)體系攪拌速度，控制反應(yīng)液氨值和pH值，持續(xù)反應(yīng)生成鎳鈷鋁三元?dú)溲趸锕倘荏w，再經(jīng)結(jié)晶、生長成球形顆粒后，再經(jīng)陳化、洗滌、干燥得到。本發(fā)明連續(xù)法制備球形鎳鈷鋁固溶體三元材料的方法，工藝流程簡單，反應(yīng)易于控制。產(chǎn)品球形度好，振實(shí)密度高。具有很廣闊的發(fā)展前景，市場潛力大。
文檔編號C01F7/02GK103172126SQ20131009640
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月25日
發(fā)明者王大偉, 孫衛(wèi)華, 王錫芬 申請人:安徽亞蘭德新能源材料股份有限公司