[发明专利]一种特殊微纳结构的镍钴锰氢氧化物及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池三元正极材料前驱体技术领域，特别涉及一种镍钴锰氢氧化物及其制备方法。本发明采用表面活性剂+络合剂的复合体系，在氮气保护气氛的反应釜中，使金属离子和氢氧根离子进行共沉淀反应，制备得到一种特殊微纳结构的镍钴锰氢氧化物，该结构是由纳米级一次球形颗粒组装而成的微米级二次饼状组装体，其一次球形颗粒的粒径为10～150nm，微米级二次饼状组装体的饼面直径为1～3μm、厚度为0.2～1.5μm。该结构极大地缩短了颗粒内部Li+嵌入/脱出的路径；且有利于优化正极材料在涂布电极片时的堆积方式，缩短电子由集流体到电极表面的距离。

技术领域

本发明属于锂离子电池三元正极材料前驱体技术领域，特别涉及一种镍钴锰氢氧化物及其制备方法。

背景技术

传统燃油汽车行业正面临着石化资源紧缺、环境污染等严峻问题。因此，车企均大力开发混合动力汽车或纯电动汽车。启停电源是混合动力系统的关键部件。启停电源需要具有更高的输入功率和输出功率(即高倍率性能)、较大的能量密度、更小的体积。因此，三元锂离子电池在启停电源中具有很大的应用潜力。提高电池倍率性能的一个有效方法就是缩短Li⁺在正极材料中的嵌入/脱出路径。目前，缩短Li⁺在正极材料中的嵌入/脱出路径有三种手段：①使一次粒子更多地将{010}晶面族暴露，即使球形颗粒的晶须沿径向规则排列；②制备单晶型正极材料；③制备超小的二次颗粒，且对颗粒的形貌和结构进行特殊设计。

正极材料二次组装体的形貌特征可完全继承于其前驱体的形貌特征，且通过对前驱体形貌和某些关键指标的控制，可有利于烧结单晶型正极材料。因此，要想获得理想形貌或单晶型的正极材料，必须先对前驱体的形貌和关键指标进行设计和控制合成。

目前已有的三元前驱体几乎都是球形二次组装体，且D50基本在2μm以上，因此材料内部的Li+嵌入/脱出路径均大于2μm。因此，开发一种新形貌的小粒径三元前驱体产品及其制备方法，使其相应的正极材料具有更优的堆积方式和更短的Li⁺嵌入/脱出路径，具有非常大的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有特殊微纳结构的镍钴锰氢氧化物，由该镍钴锰氢氧化物制备得到的正极材料具有更优的堆积方式和更短的Li⁺嵌入/脱出路径。

为了达到上述目的，本发明所设计的一种特殊微纳结构的镍钴锰氢氧化物，为由纳米级一次球形颗粒组装而成的微米级二次饼状组装体，所述纳米级一次球形颗粒的粒径为10～150nm，微米级二次饼状组装体的直径为1～3μm、厚度为0.2～1.5μm。

本发明的另一目的是提供一种特殊微纳结构镍钴锰氢氧化物的制备方法，包括如下具体步骤：

1)选用镍、钴、锰可溶性盐为原料，按照所需镍钴锰氢氧化物中镍、钴、锰的摩尔比例，配制混合金属盐溶液；配制氢氧化钠溶液作为沉淀剂；配置复合络合剂溶液；所述镍钴锰氢氧化物化学通式为NixCoyMnz(OH)₂，其中x+y+z＝1，且0.2≤x≤0.98，0.01≤y≤0.4，0.01≤z≤0.4；所述复合络合剂为添加一定量表面活性剂的络合剂，表面活性剂与络合剂的摩尔比为0.01～1.00:1；

2)向反应釜中加入底液，并通入氮气进行气氛保护，且在整个反应过程中保持氮气保护；所述底液为含有表面活性剂和络合剂的水溶液，其中表面活性剂和络合剂即为步骤1)中配置复合络合剂溶液所用的表面活性剂和络合剂；

3)开启搅拌，将步骤1)中配置好的混合金属盐溶液、氢氧化钠溶液、复合络合剂溶液并流加入反应釜中进行反应，调控氢氧化钠溶液流量使pH值为10.50～12.50、温度为40～70℃；

4)将溢流的物料加入到装有微孔精密过滤管的抽滤洗涤设备中依次用NaOH溶液和纯水进行抽滤洗涤，将洗涤好的物料压滤脱去水分，然后干燥、过筛、除磁后即得到特殊微纳结构的镍钴锰氢氧化物。