[发明专利]一种高密度掺杂氢氧化镍钴前驱体的制备方法

说明书

本发明公开一种高密度掺杂氢氧化镍钴前驱体的制备方法，先将镍盐、钴盐、掺杂盐溶液分别与氨水配成稳定的络合溶液，再将络合溶液混合成稳定的混合溶液，将混合溶液、氢氧化钠溶液和气流加入到反应釜中进行连续式共沉淀反应，通过控制体系温度、浓度、pH值和反应时间等实现高密度掺杂氢氧化镍钴的连续制备；本发明得到的氢氧化镍钴前驱体结晶度高，产品中镍、钴及掺杂金属混合均匀，并且可实现前驱体比表面积和粒度的调控，该工艺简单易行，可以进行大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池制造领域，具体地涉及一种高密度掺杂氢氧化镍钴前驱体的制备方法。

背景技术

目前，锂离子电池已经广泛地用于各种移动式电子产品、电动工具和静态储能等领域中，而正极材料是锂离子电池中提高能量密度、安全性以及降低成本的关键。在提高材料的功率密度、能量密度的同时兼顾其安全性能和降低成本是当今锂离子电池正极材料的重点研究方向。

LiNi_1-x-yCo_xM_yO₂材料同时具备了能量密度高，热稳定性好，价廉环保等优点，已经成为3C领域和动力电池领域的高端储能材料。目前普遍认为Ni_1-x-yCo_xM_y（OH）₂是制备高性能镍基氧化物正极材料的最佳前驱体。Ni、Co、Mn或Al的共沉淀，关键是克服Al³⁺离子极易水解单独沉淀，难与镍钴元素形成单一结构的前驱体，无法形成高密度球形镍钴铝材料的问题。针对Al³⁺易水解问题，专利CN103094546A、CN103553152A、CN104649336B、CN104934595A和CN103400973A提出了单独配制铝的络合溶液为铝源，采用并流加料方式和镍钴盐溶液、氢氧化钠溶液和氨溶液通过控制结晶制备球形镍钴铝的方法。但是所涉及的方法存在如下问题：1、所涉及方法镍钴盐和铝盐单独加入，很难保证前驱体中Ni-Co-Al的均匀混合；2、为了保证元素混合均匀，加料速度不宜过快，导致生产效率低下；3、多支流加料，过程控制困难，技术难度高。因此仍然需要开发更为高效的掺杂氢氧化镍钴前驱体的制备方法。

发明内容

本发明提供一种络合沉淀法制备高密度掺杂氢氧化镍钴前驱体的方法，以克服和避免现有技术的缺点和不足；本发明提出采用氨水先络合Ni²⁺、Co²⁺、掺杂金属离子，并配置原子、分子级别混合的络合溶液，采用机械搅拌和气流搅拌作用使NH₃缓慢挥发，并缓慢释放Ni-Co-掺杂金属离子发生沉淀反应，由于沉淀过程避免了裸露金属离子直接和氢氧根结合快速发生沉淀反应，可以有效抑制共沉淀过程中的单独结晶的发生，利于制备结晶度高、粒度分布均匀、振实密度高的掺杂氢氧化镍钴前驱体，此外，通过控制反应体系的pH值、温度、反应时间、添加物流速等，可有效控制前驱体的生长行为，控制前驱体的晶型、形貌、粒度、比表面和组织结构等。

一种高密度掺杂氢氧化镍钴前驱体的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）配制镍盐溶液、钴盐溶液和掺杂金属盐溶液，分别加入浓度为2~14mol/L的氨水配成稳定的镍氨络合溶液、钴氨络合溶液、掺杂络合溶液；

（2）按照Ni_1-x-yCo_xM_y(OH)₂的化学计量比，将步骤（1）的三种络合溶液按比例搅拌混匀，搅拌速度为400~600转/分钟，其中0.01≤x≤0.2，0.01≤y≤0.1，M为掺杂金属；