一种镍钴铝前驱体的制备方法与流程

1.本发明涉及镍钴铝材料领域，具体涉及一种镍钴铝前驱体的制备方法。


背景技术：

2.锂离子电池是一种应用前景广阔的新能源，现被广泛应用于电子产品、电动汽车等领域之中。三元电池凭借其高比容量、循环性能较好的特点被广泛应用于新能源领域。随着社会对锂离子电池性能的要求不断提高，锂离子电池前驱体生产技术需要不断更新。当前为了追求高比容量的电池，前驱体通常做的比较紧实，振实密度高，但不利于锂的掺入和离子的扩散，导致电池的循环性能变差，但过于疏松的前驱体的比容量低没办法满足需求。既要保证前驱体的较高比容量，也要保证电池前驱体的循环性能，需要生产一种一次颗粒结合密实但又保持均匀孔隙的前驱体。


技术实现要素：

3.针对上述已有技术存在的不足，本发明提供一种细一次颗粒镍钴铝前驱体的制备方法。
4.本发明是通过以下技术方案实现的。
5.一种镍钴铝前驱体的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
6.(1)向反应器中加入底液并搅拌，通入惰性气体；
7.(2)将镍钴铝混合溶液、碱液和氨水同时加入经步骤(1)得到反应器中进行共沉淀反应，得到镍钴铝氢氧化物浆料；
8.(3)将步骤(2)得到的镍钴铝氢氧化物浆料采用热碱洗涤1-4次，然后用纯水洗涤1-4次，得到镍钴铝洗涤半成品；
9.(4)将步骤(3)得到的镍钴铝洗涤半成品进行干燥，得到镍钴铝前驱体。
10.进一步地，所述步骤(1)中底液是通过依次加入纯水、氨水、氢氧化钠溶液配置的混合溶液，所述氨水的浓度为12％-22％，氢氧化钠溶液的浓度为20％-40％，所述底液总体积为3m
3-5.5m3，底液氨浓度为6-10g/l。
11.进一步地，所述步骤(1)中搅拌转速为200-400r/min；通入的惰性气体为氮气，通入量为0.5-2m3/h。
12.进一步地，所述步骤(2)镍钴铝混合溶液中镍、钴、铝摩尔比为(80-90)：(5-15)：(1-6)，所述镍钴铝混合溶液浓度为80-120g/l，流速为300-550l/h，其中铝源为偏铝酸钠；所述氢氧化钠溶液的浓度为20％-40％，流速为40-120l/h；所述氨水的浓度为12％-22％，流速为30-60l/h。
13.进一步地，所述步骤(2)共沉淀反应条件为：反应温度40℃-70℃，反应时长50h-120h。
14.进一步地，所述步骤(3)先用浓度为2％-5％、温度为40℃-80℃的热氢氧化钠溶液洗涤，每次洗涤10min-40min，然后用40℃-80℃的纯水洗涤，每次洗涤10min-40min。
15.进一步地，所述步骤(4)干燥温度为100℃-170℃，镍钴铝前驱体成品粒度为3μm-4μm。
16.本发明的有益技术效果，本发明提供了一种镍钴铝前驱体的制备方法，通过调控镍钴氢氧化物材料合成过程的工艺，使前驱体具有比较细的一次颗粒，并均匀缠绕堆叠，形成均匀的孔隙，既保证电池前驱体的较高比容量也提高了电池前驱体的循环性能。
附图说明
17.图1为本发明得到的镍钴铝前驱体材料的10000倍sem图。
18.图2为本发明得到的镍钴铝前驱体材料的30000倍sem图。
19.图3为本发明得到的镍钴铝前驱体材料的剖面sem图。
具体实施方式
20.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
21.一种镍钴铝前驱体的制备方法，包括：
22.(1)配制摩尔比为(80-90)：(5-15)：(1-6)，浓度为80-120g/l的镍钴铝混合溶液，其中铝源为偏铝酸钠，镍源为硫酸镍，钴源为硫酸钴；在反应器(具体可以为反应釜)内加入定量纯水作为底水，开启搅拌，转速为200-400r/min，再分别加入氨水、氢氧化钠溶液，形成的混合溶液作为底液，底液体积3-5.5m3，其中加入的氨水浓度为12-22％，液碱溶液浓度为20-40％，底液的氨浓度为6-10g/l，底液ph为10.0-12.0，底液准备完成后通入惰性气体氮气，通入量0.5-2m3/h。
23.(2)将流速为300-550l/h的镍、钴、铝混合溶液、流速为40-120l/h的氢氧化钠溶液(浓度为20-40％)、流速为30-60l/h的氨水(浓度为12-22％)同时加入经步骤(1)得到的反应器中进行共沉淀反应，反应过程温度40℃-70℃，反应过程ph10.0-12.0，反应过程转速为200-400r/min，呈梯度下降，反应时长50-120h，反应结束得到镍钴铝氢氧化物浆料。
24.(3)将步骤(2)得到的镍钴铝氢氧化物浆料用浓度2％-5％的热氢氧化钠溶液(40℃-80℃)洗涤1-4次，每次10min-40min，然后用40℃-80℃的热纯水洗涤1-4次，每次10min-40min，得到镍钴铝洗涤半成品。
25.(4)将步骤(3)得到的镍钴铝洗涤半成品用干燥设备进行干燥，干燥温度为100℃-170℃得到细一次颗粒的镍钴铝前驱体，粒度为3-4μm。
26.本发明的方法制备的前驱体表面的一次颗粒呈细长条状，呈均匀缠绕状，一次颗粒与一次颗粒之间会产生间隙，形成一种均匀孔隙的球形结构，在保证振实密度的情况，增加了离子扩散通道，有利于锂源的掺入，也提高了电池前驱体的循环性能。
27.实施例1
28.一种nca前驱体的制备方法，步骤包括:
29.(1)配制摩尔比为80:14:6，浓度为80g/l的镍钴铝混合溶液；在反应器内加入定量纯水作为底水，开启搅拌，转速为300r/min，再分别加入氨水、氢氧化钠溶液，形成的混合溶液作为底液，底液体积3m3，其中加入的氨水浓度为12％，液碱溶液浓度为20％，底液的氨浓度为6g/l，底液ph为10.0-12.0，底液准备完成后通入惰性气体氮气，通入量0.5m3/h。
30.(2)将流速为300l/h的镍钴铝混合溶液、流速为40l/h的氢氧化钠溶液(浓度为
20％)、流速为30l/h的氨水(浓度为12％)同时加入步骤(1)得到的反应器中进行共沉淀反应，反应过程温度40℃，反应过程转速为300r/min，呈梯度下降至200r/min，反应时长120h，反应结束得到镍钴铝氢氧化物浆料。
31.(3)将步骤(2)得到的镍钴铝氢氧化物浆料用浓度2％的热氢氧化钠溶液(40℃)洗涤4次，每次30min，然后用40℃的热纯水洗涤4次，每次30min，得到镍钴铝洗涤半成品。
32.(4)将步骤(3)得到的镍钴铝洗涤半成品用干燥设备进行干燥，干燥温度为100℃得到细一次颗粒的镍钴铝前驱体，平均粒度为3.0μm。
33.实施例2
34.一种nca前驱体的制备方法，步骤包括:
35.(1)配制摩尔比为88:9:3，浓度为105g/l的镍钴铝混合溶液；在反应器内加入定量纯水作为底水，开启搅拌，转速为350r/min，再分别加入氨水、氢氧化钠溶液，形成的混合溶液作为底液，底液体积4.5m3，其中加入的氨水浓度为17％，液碱溶液浓度为32％，底液的氨浓度为8g/l，底液ph为10.0-12.0，底液准备完成后通入惰性气体氮气，通入量1m3/h。
36.(2)将流速为400l/h的镍钴铝混合溶液、流速为60l/h的氢氧化钠溶液(浓度为32％)、流速为40l/h的氨水(浓度为17％)同时加入步骤(1)得到的反应器中进行共沉淀反应，反应过程温度55℃，反应过程ph11.0-12.0，反应过程转速为350r/min，呈梯度下降至220r/min，反应时长90h，反应结束得到镍钴铝氢氧化物浆料。
37.(3)将步骤(2)得到的镍钴铝氢氧化物浆料用浓度3.5％的热氢氧化钠溶液(70℃)洗涤2次，每次20min，然后用70℃的热纯水洗涤2次，每次20min，得到镍钴铝洗涤半成品。
38.(4)将步骤(3)得到的镍钴铝洗涤半成品用干燥设备进行干燥，干燥温度为130℃得到细一次颗粒的镍钴铝前驱体，平均粒度为3.5μm。
39.实施例3
40.一种nca前驱体的制备方法，步骤包括:
41.(1)配制摩尔比为90:5:5，浓度为120g/l的镍钴铝混合溶液；在反应器内加入定量纯水作为底水，开启搅拌，转速为400r/min，再分别加入氨水、氢氧化钠溶液，形成的混合溶液作为底液，底液体积5.5m3，其中加入的氨水浓度为22％，液碱溶液浓度为40％，底液的氨浓度为10g/l，底液ph为10.0-12.0，底液准备完成后通入惰性气体氮气，通入量2m3/h。
42.(2)将流速为550l/h的镍钴铝混合溶液、流速为120l/h的氢氧化钠溶液(浓度为40％)、流速为60l/h的氨水(浓度为22％)同时加入步骤(1)得到的反应器中进行共沉淀反应，反应过程温度70℃，反应过程ph控制在11.2-12.0，反应过程转速为400r/min，呈梯度下降至250r/min，反应时长50h，反应结束得到镍钴铝氢氧化物浆料。
43.(3)将步骤(2)得到的镍钴铝氢氧化物浆料用浓度5％的热氢氧化钠溶液(80℃)洗涤1次，每次40min，然后用80℃的热纯水洗涤1次，每次40min，得到镍钴铝洗涤半成品。
44.(4)将步骤(3)得到的镍钴铝洗涤半成品用干燥设备进行干燥，干燥温度为170℃得到细一次颗粒的镍钴铝前驱体，平均粒度为4.0μm。
45.以上所述的仅是本发明的较佳实施例，并不局限发明。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，还可以做出其它等同改进，均可以实现本发明的目的，都应视为本发明的保护范围。