一种镍钴铝前驱体的制备方法
阅读说明：本技术 一种镍钴铝前驱体的制备方法 (Preparation method of nickel-cobalt-aluminum precursor ) 是由 许开华 张坤 乐绪清 刘郁 任云强 邓安志 吴雨晴 李聪 余尚清 于 2021-09-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种镍钴铝前驱体的制备方法,包括：向反应器中加入底液并搅拌,通入惰性气体；将镍钴铝混合溶液、碱液和氨水同时加入反应器中进行共沉淀反应,得到镍钴铝氢氧化物浆料；将得到的镍钴铝氢氧化物浆料采用热碱洗涤,然后用纯水洗涤,得到镍钴铝洗涤半成品；将得到的镍钴铝洗涤半成品进行干燥,得到镍钴铝前驱体。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。(The invention discloses a preparation method of a nickel-cobalt-aluminum precursor, which comprises the following steps: adding the base solution into the reactor, stirring, and introducing inert gas; simultaneously adding the nickel-cobalt-aluminum mixed solution, alkali liquor and ammonia water into a reactor for coprecipitation reaction to obtain nickel-cobalt-aluminum hydroxide slurry; washing the obtained nickel-cobalt-aluminum hydroxide slurry by hot alkali, and then washing by pure water to obtain a nickel-cobalt-aluminum washing semi-finished product; and drying the obtained nickel-cobalt-aluminum washing semi-finished product to obtain a nickel-cobalt-aluminum precursor. By regulating and controlling the process of the nickel-cobalt hydroxide material synthesis process, the precursor has relatively fine primary particles, and is uniformly wound and stacked to form uniform pores, so that the high specific capacity of the battery precursor is ensured, and the cycle performance of the battery precursor is also improved.)
技术领域
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
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。
发明内容
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。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种镍钴铝前驱体的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)向反应器中加入底液并搅拌，通入惰性气体；
(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；
(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；
(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。
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3m3-5.5m3，底液氨浓度为6-10g/L。
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。
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。
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。
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。
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。
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
图1为本发明得到的镍钴铝前驱体材料的10000倍SEM图。
图2为本发明得到的镍钴铝前驱体材料的30000倍SEM图。
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
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种镍钴铝前驱体的制备方法，包括：
(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。
(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。
(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。
(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。
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。
实施例1
一种NCA前驱体的制备方法，步骤包括:
(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。
(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。
(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。
(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。
实施例2
一种NCA前驱体的制备方法，步骤包括:
(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。
(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。
(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。
(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。
实施例3
一种NCA前驱体的制备方法，步骤包括:
(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。
(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。
(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。
(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。
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。
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