[发明专利]一种具有多孔隙结构的镍钴锰氢氧化物及其制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，公开了一种具有多孔隙结构的镍钴锰氢氧化物及其制备方法，通过调整反应釜内氧气含量控制生长过程中的氧化，从而制备内部具有丰富均匀的孔隙的三元前驱体，并带来相对较高的比表面积，与锂源烧结后，这些孔隙为锂离子提供了丰富多样的传输通道，有利于电解液在材料内部渗透，可以缩短传输通道，有效提高传输效率。此外，由于这些孔隙的存在能够缓冲正极材料在充/放电过程中的体积变化，起到稳定结构的作用，以达到提高比容量和循环性能的目的。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，特别涉及一种具有多孔隙结构的镍钴锰氢氧化物及其制备方法。

背景技术

随着科技的快速发展和对新能源需求的日益增长，人类对清洁能源的需求日益迫切。锂离子电池因具有能量密度高、自放电小、无记忆效应等特点，被广泛应用于新能源汽车、3C智能产品、储能等诸多领域。锂离子电池的优异性能很大程度上取决于其正极材料的性能，正极材料是锂离子电池研究的关键部分，也是目前锂离子电池的研究重点。

目前，锂离子电池正极材料主要包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和镍钴锰三元材料。其中三元材料因镍-钴-锰三种元素的协同作用下，具有较高的比容量、良好的循环性能以及稳定的结构，在近年来作为车载动力电池的正极材料正逐步被市场所认可。同时，随着我国对新能源汽车的一系列政策的实施，三元正极材料在动力电池领域具有良好的发展前景。

三元前驱体是制备三元正极材料的关键材料，其性能直接决定了三元正极材料的核心理化性能。目前，制备镍钴锰三元前驱体的主要方法为共沉淀法，即镍钴锰金属盐溶液在氮气的保护下，与络合剂络合后，由沉淀剂氢氧化钠经过盐碱中和反应制备得到类球形二次颗粒。通过陈化，碱性处理，固液分离，洗涤干燥后最终得到镍钴锰氢氧化物前驱体。

申请公告号为CN108306011A的发明专利公开了一种镍钴锰氢氧化物前驱体及其制备方法，该发明通过使用含饱和溶解氧的金属混合盐溶液，以及在共沉淀反应前期，使反应底液富氧，得到微量氧化的镍钻锰氢氧化物，并在后期鼓入惰性气体使反应釜贫氧。由于反应前期富氧，反应后期贫氧，反应得到内部疏松、外部紧密结构的前驱体，该结构有利于改善材料在烧结过程中容易破裂、在电池反应过程中容易破裂的缺点，从而提高电池容量及循环稳定性。但是该结构表面紧密，不利于锂离子传输，也不利于电解液的浸润，使其锂离子电池的倍率性能、循环性能和其他电化学性能降低。

发明内容

本发明旨在提供一种具有多孔隙结构的镍钴锰氢氧化物及其制备方法，所制备的前驱体内部具有丰富均匀的孔隙，并带来相对较高的比表面积。与锂源烧结后，这些孔隙为锂离子提供了丰富多样的传输通道，有利于电解液在材料内部渗透，可以缩短传输通道，有效提高传输效率。此外，由于这些孔隙的存在能够缓冲正极材料在充/放电过程中的体积变化，起到稳定结构的作用，以达到提高比容量和循环性能的目的。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种具有多孔隙结构的镍钴锰氢氧化物，所述镍钴锰氢氧化物化学式为Ni_x Co_y Mn_z(OH)₂，其中x+y+z＝1，0.5≤x＜1，0＜y＜0.5，0＜z＜0.5；所述具有多孔隙结构的镍钴锰氢氧化物二次颗粒的粒度D10＞2.0μm；D50为4-18μm；D90＜30μm；振实密度≥1.50g/cm³，比表面积为4-20m²/g。

本发明的进一步设置为：所述镍钴锰氢氧化物颗粒内部具有丰富均匀的孔隙。

一种具有多孔隙结构的镍钴锰氢氧化物的制备方法，其特征在于：

S1：将镍、钴、锰的可溶性盐按照摩尔比x：y：z溶解于纯水中，配成一定浓度的金属混合盐溶液，所述镍、钴、锰的摩尔比中x、y、z的范围分别为0.5≤x＜1，0＜y＜0.5，0＜z＜0.5，且x+y+z＝1；同时配置一定摩尔浓度的氢氧化钠溶液和氨水；