本發(fā)明涉及鋰離子電池，尤其是涉及一種基于調(diào)控奧斯瓦爾德熟化速率的極窄分布正極材料前驅(qū)體及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池作為高效的儲能技術(shù)，使其在諸多行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。比如在電動汽車領(lǐng)域，針對于長里程的電動汽車，鋰離子電池在保持高能量密度的同時，其穩(wěn)定性和安全性至關(guān)重要。正極材料前驅(qū)體作為鋰離子電池最重要的組成部分，制備高質(zhì)量的正極材料前驅(qū)體可以有效的提高鋰離子電池的能量密度，延長循環(huán)壽命。

2、目前，行業(yè)內(nèi)多采用濕法共沉淀工藝制備正極材料前驅(qū)體，但是往往伴隨著尺寸分布不均勻的現(xiàn)象，從而間接影響正極材料燒結(jié)后循環(huán)穩(wěn)定性的下降。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于調(diào)控奧斯瓦爾德熟化速率的極窄分布正極材料前驅(qū)體的制備方法。奧斯瓦爾德熟化是晶粒生長過程中必不可少的方式，其主要特征在于小顆粒溶解并附著在大顆粒表面，促使大顆粒繼續(xù)生長，其過程往往伴隨著粒徑分布變寬的現(xiàn)象。通過本發(fā)明所述方法調(diào)控奧斯瓦爾德熟化的條件制備或后處理的鎳鈷錳氫氧化物的特征在于：粒度分布span介于0.2-0.5之間；?1.0k?sem小球個數(shù)介于3-5之間，且大小基本一致；同時，采用該前驅(qū)體燒結(jié)制備的正極材料，其循環(huán)壽命提升了30%-50%。

2、本發(fā)明提供一種基于調(diào)控奧斯瓦爾德熟化速率的極窄分布正極材料前驅(qū)體，所述前驅(qū)體的化學(xué)式為(nixcoymn(1-x-y))oh2，其中x取0.3-0.9，y取0.1-0.7，x+y≤1。

3、進一步，所述前驅(qū)體的粒徑分布span介于0.2-0.5之間，其粒徑大小在2.5-8.0um之間，其1.0k的sem小球個數(shù)介于3-5之間，且二次球大小一致。

4、本發(fā)明提供了上述前驅(qū)體的制備方法，包括如下步驟：將含有硫酸鎳、硫酸鈷、硫酸錳的混合溶液、氫氧化鈉溶液和氨水絡(luò)合劑溶液持續(xù)通入反應(yīng)設(shè)備中進行反應(yīng)；當(dāng)反應(yīng)液中的液體粒徑達到1.5-1.7um時，停止反應(yīng)設(shè)備進料進行，并進行第一段升溫調(diào)控，然后分階段通入定量的硫酸鈉溶液，累計時間保持在3-6h；隨后待反應(yīng)溫度恢復(fù)后繼續(xù)進行反應(yīng)，當(dāng)液體粒徑達到2.2-2.5um時，進行第二段升溫調(diào)控；當(dāng)液體粒徑達到3.2-3.3um時，停止反應(yīng)并將物料濃縮至提濃機，維持壓力0.01-0.08mpa，持續(xù)時間3-6h，之后繼續(xù)反應(yīng)，同時通入定量的硫酸鈉溶液，直到液體粒徑達到3.5-4.0um，反應(yīng)結(jié)束。

5、進一步，含有硫酸鎳、硫酸鈷、硫酸錳的混合溶液的總濃度為1?.5～2?.5mol/l；氫氧化鈉溶液的濃度為5～10mol/l，絡(luò)合劑的濃度為20～30mol/l。

6、進一步，第一段升溫調(diào)控方案為：反應(yīng)要求溫度45℃升至80℃，要求升溫幅度為4℃-8℃/h。

7、進一步，第一次硫酸鈉溶液濃度為5-10mol/l，使用量為含有硫酸鎳、硫酸鈷、硫酸錳的混合溶液流量的1/5，使用時間為2-5h。

8、進一步，第二段升溫調(diào)控要求升溫至60-70℃，要求升溫幅度為2-5℃/h。

9、進一步，第二次硫酸鈉溶液濃度為5-10mol/l，使用量為鎳鈷錳混合液流量的1/2,使用時間為2-5h。

10、進一步，總體的反應(yīng)時間需要維持在80-150h之間。

11、本發(fā)明還提供一種鋰離子電池正極材料，采用上述的方法制備而成。

12、有益效果：本發(fā)明通過梯度溫度、壓力梯度以及適當(dāng)?shù)木Ш艘种苿?硫酸鈉溶液)，調(diào)整關(guān)鍵節(jié)點的奧斯瓦爾德熟條件。梯度升溫可以加快熟化速率，加快小粒徑溶解速率，促使奧斯瓦爾德熟化平衡點向加速粒徑增大方向偏移，從而減少粒徑分布增加幅度；通過進行壓力梯度降低小顆粒表面溶解度，晶核抑制劑可以附著在晶粒表面，阻礙晶粒進一步生長，同時降低溶液過飽和度，防止隨著漿料濃度增加導(dǎo)致的小晶粒出現(xiàn)。

技術(shù)特征：

1.一種基于調(diào)控奧斯瓦爾德熟化速率的極窄分布正極材料前驅(qū)體，其特征在于，所述前驅(qū)體的化學(xué)式為(nixcoymn(1-x-y))oh2，其中x取0.3-0.9，y取0.1-0.7，x+y≤1。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于調(diào)控奧斯瓦爾德熟化速率的極窄分布正極材料前驅(qū)體，其特征在于，所述前驅(qū)體的粒徑分布span介于0.2-0.5之間，其粒徑大小在2.5-8.0um之間，其1.0k的sem小球個數(shù)介于3-5之間，且二次球大小一致。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于調(diào)控奧斯瓦爾德熟化速率的極窄分布正極材料前驅(qū)體的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：將含有硫酸鎳、硫酸鈷、硫酸錳的混合溶液、氫氧化鈉溶液和氨水絡(luò)合劑溶液持續(xù)通入反應(yīng)設(shè)備中進行反應(yīng)；當(dāng)反應(yīng)液中的液體粒徑達到1.5-1.7um時，停止反應(yīng)設(shè)備進料進行，并進行第一段升溫調(diào)控，然后分階段通入定量的硫酸鈉溶液，累計時間保持在3-6h；隨后待反應(yīng)溫度恢復(fù)后繼續(xù)進行反應(yīng)，當(dāng)液體粒徑達到2.2-2.5um時，進行第二段升溫調(diào)控；當(dāng)液體粒徑達到3.2-3.3um時，停止反應(yīng)并將物料濃縮至提濃機，維持壓力0.01-0.08mpa，持續(xù)時間3-6h，之后繼續(xù)反應(yīng)，同時通入定量的硫酸鈉溶液，直到液體粒徑達到3.5-4.0um，反應(yīng)結(jié)束。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于調(diào)控奧斯瓦爾德熟化速率的極窄分布正極材料前驅(qū)體的制備方法，其特征在于，含有硫酸鎳、硫酸鈷、硫酸錳的混合溶液的總濃度為1?.5～2.5mol/l；氫氧化鈉溶液的濃度為5～10mol/l，絡(luò)合劑的濃度為20～30mol/l。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于調(diào)控奧斯瓦爾德熟化速率的極窄分布正極材料前驅(qū)體的制備方法，其特征在于，第一段升溫調(diào)控方案為：反應(yīng)要求溫度45℃升至80℃，要求升溫幅度為4℃-8℃/h。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于調(diào)控奧斯瓦爾德熟化速率的極窄分布正極材料前驅(qū)體的制備方法，其特征在于，第一次硫酸鈉溶液濃度為5-10mol/l，使用量為含有硫酸鎳、硫酸鈷、硫酸錳的混合溶液流量的1/5，使用時間為2-5h。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于調(diào)控奧斯瓦爾德熟化速率的極窄分布正極材料前驅(qū)體的制備方法，其特征在于，第二段升溫調(diào)控要求升溫至60-70℃，要求升溫幅度為2-5℃/h。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于調(diào)控奧斯瓦爾德熟化速率的極窄分布正極材料前驅(qū)體的制備方法，其特征在于，第二次硫酸鈉溶液濃度為5-10mol/l，使用量為含有硫酸鎳、硫酸鈷、硫酸錳的混合溶液流量的1/2,使用時間為2-5h。

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于調(diào)控奧斯瓦爾德熟化速率的極窄分布正極材料前驅(qū)體的制備方法，其特征在于，總體的反應(yīng)時間需要維持在80-150h之間。

10.一種鋰離子電池正極材料，采用權(quán)利要求3-9任一所述的方法制備而成。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于調(diào)控奧斯瓦爾德熟化速率的極窄分布正極材料前驅(qū)體及其制備方法。所述前驅(qū)體的化學(xué)式為(Ni<subgt;x</subgt;CoyMn<subgt;(1?x?y)</subgt;)OH<subgt;2</subgt;，其中x取0.3?0.9，y取0.1?0.7，x+y≤1；粒度分布span介于0.3?0.5之間；1.0K?SEM小球個數(shù)介于3?5之間，且大小一致；同時采用該前驅(qū)體燒結(jié)制備的正極材料，其循環(huán)壽命提升了50%?80%。

技術(shù)研發(fā)人員：馬嘯宇,王明彩,陳淑瑤,徐云軍,程迪,張慶,吳慧玥,李夢云,張忠偉
受保護的技術(shù)使用者：河南科隆新能源股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/28