一種摻雜鈷錳羥基氧化鎳的制備方法技術

本發明專利技術公開了一種摻雜鈷錳羥基氧化鎳及其制備方法，涉及一種鎳的化合物，本發明專利技術的目的是提供一種摻雜鈷錳羥基氧化鎳及其制備方法，用此方法制備的摻雜鈷錳羥基氧化鎳具有振實密度高。本發明專利技術的技術方案是，一種摻雜鈷錳羥基氧化鎳，摻雜鈷錳羥基氧化鎳的通式是Ｎｉ↓［１－ｘ－ｙ］Ｃｏ↓［ｘ］Ｍｎ↓［ｙ］ＯＯＨ，式中１／５≤ｘ≤２／５，１／５≤ｙ≤２／５。一種摻雜鈷錳羥基氧化鎳及其制備方法，包括有以下工序：（１）溶液配制，按Ｎｉ∶Ｍｎ∶Ｃｏ摩爾比為１∶（１／５≤ｘ≤２／５）∶（１／５≤ｙ≤２／５）的比例配制Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ混合鹽溶液，配制氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液；（２）共沉淀反應；（３）將聚丙烯酰胺溶液加入上述漿料中聚沉；（４）所得濾餅經水洗、烘干、粉碎、過篩制得本品。本發明專利技術用于鋰電池正極材料。

【技術實現步驟摘要】

：本專利技術屬于一種鎳的化合物，特別是一種摻雜鈷錳羥基氧化鎳及其制備方法。
技術介紹
：目前市場上鋰離子電池的正極材料主要是LiCoO2，但鈷資源非常匱乏，價格昂貴并且對環境稍有毒害，因此尋找價廉、對環境友好且性能優良的替代材料是目前非常活躍的研究領域。其中被認為最有競爭力的替代材料LiNiO2和LiMn2O4各自存在著致命缺陷。LiMn2O4資源豐富、成本低、對環境友好，但循環性能差，特別是高溫下容量衰減快的問題仍然沒有得到有效解決。LiNiO2正極材料雖然價格低、可逆容量高、電化學窗口寬，但該材料的合成工藝難以控制，易產生陽離子混排，形成非化學計量比產物，并且安全性也差，為了克服這些缺陷，人們從摻雜改性方面進行了大量研究，認為以Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2為代表的摻雜Co、Mn的多元復合金屬氧化物LiNi1-x-yCoxMnyO2，(1/10≤x≤2/5，1/10≤y≤2/5)同時具有Co系、Ni系和Mn系正極材料的優點：比容量高，循環性能好，熱穩定性較好且對環境友好，制備條件也相對溫和，材料成本較低，有望成為新一代鋰離子正極材料。但目前文獻中報道其振實密度低，直接影響了LiNi1-x-yCoxMnyO2的體積比容量，是制約該材料進一步發展的瓶頸。而鋰離子正極材料前驅體摻雜有鈷、錳元素的鎳氧化物的振實密度高低決定著鋰離子正極材料的比容量等電化學性能的優劣。目前國內外文獻報道的鋰離子正極材料前驅體大多采用鎳、鈷、錳鹽與氫氧化鈉共沉淀反應、經過濾、水洗和干燥的工藝制備，所得產物振實密度低，直接影響了鋰離子正極材料LiNi1-x-yCoxMnyO2的振實密度。CN1767236專利公開說明書報道一種Co-Ni-Mn-LDHs雙羥基氫氧化物前驅體合成鋰離子正極材料的方法，但是該前驅體制備需要加入H2O2氧化，晶化時間長達10到20小時，其結構-->是d-Co-Ni-Mn-LDHs雙羥基氫氧化物，振實密度很低。美國專利申請(US2005/0089756A1)公開了一種連續工藝生產高密度Ni1-x-yCoxMny(OH)2的方法，但其振實密度僅在1.5-1.91g/cm3之間，而且生產過程中使用了氨水作為絡合劑不僅增加成本而且污染環境，另外為了提高密度在制備過程中需要惰性氣體保護或者使用水合肼使得各金屬離子價態為二價。
技術實現思路
：本專利技術的目的是提供一種摻雜鈷錳羥基氧化鎳及其制備方法，用此方法制備的摻雜鈷錳羥基氧化鎳具有振實密度高。本專利技術的技術方案是，一種摻雜鈷錳羥基氧化鎳，其特征在于：摻雜鈷錳羥基氧化鎳的通式是Ni1-x-yCoxMnyOOH，式中1/5≤x≤2/5，1/5≤y≤2/5。一種摻雜鈷錳羥基氧化鎳及其制備方法，其特征在于：包括有以下工序：(1)溶液配制，按Ni∶Mn∶Co摩爾比為1∶(1/5≤x≤2/5)∶(1/5≤y≤2/5)的比例配制Ni、Co、Mn混合鹽溶液，Ni、Co、Mn鹽選自硫酸鹽、硝酸鹽、鹽酸鹽、醋酸鹽的任一種；配制氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液，堿溶液的量根據上述混合硫酸鹽的量確定，使其反應后溶液呈堿性；(2)共沉淀反應，先將上述堿溶液放入反應器中后，再將上述混合金屬鹽溶液在攪拌下逐漸加入反應器中，溫度控制在25-90℃，反應生成摻雜Co、Mn的氫氧化鎳漿料；(3)將聚丙烯酰胺溶液加入上述漿料中聚沉，再將聚沉后的物料進行壓濾，得到固體濾餅，聚丙烯酰胺加入量按上述每升混合金屬鹽溶液不少于0.3g加入；(4)將所得濾餅在80-140℃條件下烘干，然后水洗去除可溶性雜質離子；(5)水洗后的物料在60-140℃條件下烘干，粉碎過200目篩得到Ni1-x-yCoxMnyOOH產品。本專利技術采用二次干燥的化學共沉淀法制備摻雜鈷錳羥基氧化鎳，與現有技術比較該產物的振實密度高，工藝簡單可控，友好環境的顯著優點，所得產物為γ型六方層狀結構，離子價態為三價，粒徑細小，局部存在大量的晶格缺陷，反應活性較高，以此為前驅體制備的鋰離子電池正極材料具有高的振實密度附圖說明：圖1為實施例樣品(Ni1/3Co1/3Mn1/3OOH)的X-射線衍射圖譜，圖2為Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2的X-射線衍射圖譜。-->具體實施方式：結合以下實施例對本專利技術作詳細說明，實施例1、(1)溶液配制，配制濃度為4.0mol/dm3的NaOH溶液1000ml；按Ni∶Mn∶Co摩爾比為1∶1∶1的比例配制濃度為1.5mol/dm3的NiSO4、CoSO4、MnSO4混合溶液1000ml。(2)先將上述氫氧化鈉溶液放入反應器中，然后再將上述金屬混合鹽溶液在攪拌下逐漸加入反應器中，反應溫度設定在50℃，反應1.5h后得到摻雜Co、Mn的氫氧化鎳漿料。(3)將100ml?0.6％的聚丙烯酰胺溶液加入到所得的漿料中進行聚沉，然后將聚沉物壓濾形成濾餅。(4)將上述濾餅在120℃條件下干燥6小時，然后水洗去除可溶性雜質離子。(5)在120℃下進行第二次干燥后、粉碎過篩，得到Ni1/3Co1/3Mn1/3OOH前驅體，其振實密度2.21g/cm3。實施例2、(1)溶液配制，配制濃度為6.0mol/dm3的KOH溶液1000ml；按Ni∶Mn∶Co摩爾比為2∶2∶1的比例配制濃度為1.5mol/dm3的NiSO4、CoSO4、MnSO4混合溶液1000ml；(2)先將上述氫氧化鉀溶液放入反應器中，然后再將上述金屬混合鹽溶液在攪拌下逐漸加入反應器中，反應溫度設定在80℃，反應0.5h后得到摻雜Co、Mn的氫氧化鎳漿料；(3)將120ml?0.6％的聚丙烯酰胺溶液加入到所得的漿料中進行聚沉，然后將聚沉物壓濾形成濾餅；(4)將上述濾餅在135℃條件下干燥4小時，然后水洗去除可溶性雜質離子；(5)在100℃下進行第二次干燥后、粉碎過篩，得到Ni2/5Co1/5Mn2/5OOH前驅體，其振實密度2.23g/cm3。實施例3、-->(1)溶液配制，配制濃度為2.0mol/dm3的NaOH溶液1500ml；按Ni∶Mn∶Co摩爾比為2∶1∶2的比例配制濃度為1.2mol/dm3的NiCl2、CoCl2、MnCl2混合溶液1000ml；(2)先將上述氫氧化鈉溶液放入反應器中，然后再將上述金屬混合鹽溶液在攪拌下逐漸加入反應器中，反應溫度設定在30℃，反應2h后得到摻雜Co、Mn的氫氧化鎳漿料；(3)將200ml?0.3％的聚丙烯酰胺溶液加入到所得的漿料中進行聚沉，然后將聚沉物壓濾形成濾餅；(4)將上述濾餅在100℃條件下干燥8小時，然后水洗去除可溶性雜質離子。(5)在80℃下進行第二次干燥后、粉碎過篩，得到Ni2/5Co2/5Mn1/5OOH前驅體，其振實密度2.15g/cm3實施例4、(1)溶液配制，配制濃度為8.0mol/dm3的NaOH溶液800ml；按Ni∶Mn∶Co摩爾比為1∶1∶1的比例配制濃度為2.0mol/dm3的Ni(NO3)2、Co(NO3)2、Mn(NO3)2混合溶液1000ml；(2)先將上述氫氧化鈉溶液放入反應器中，然后再將上述金屬混合鹽溶液在攪拌下逐漸加入反應器中，反應溫度設定在60℃，反應1h后得到摻雜Co、Mn的氫氧化本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種摻雜鈷錳羥基氧化鎳，其特征在于：摻雜鈷錳羥基氧化鎳的通式是Ｎｉ↓［１－ｘ－ｙ］Ｃｏ↓［ｘ］Ｍｎ↓［ｙ］ＯＯＨ，式中１／５≤ｘ≤２／５，１／５≤ｙ≤２／５。

【技術特征摘要】
1、一種摻雜鈷錳羥基氧化鎳，其特征在于：摻雜鈷錳羥基氧化鎳的通式是Ni1-x-yCoxMnyOOH，式中1/5≤x≤2/5，1/5≤y≤2/5。2、一種摻雜鈷錳羥基氧化鎳及其制備方法，其特征在于：包括有以下工序：(1)溶液配制，按Ni∶Mn∶Co摩爾比為1∶(1/5≤x≤2/5)∶(1/5≤y≤2/5)的比例配制Ni、Co、Mn混合鹽溶液，Ni、Co、Mn鹽選自硫酸鹽、硝酸鹽、鹽酸鹽、醋酸鹽的任一種；配制氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液，堿溶液的量根據上述混合硫酸鹽的量確定，使其反應...

【專利技術屬性】
技術研發人員：常照榮，吳鋒，湯宏偉，陳中軍，朱志紅，
申請(專利權)人：河南師范大學，
類型：發明
國別省市：41[中國|河南]