本發(fā)明屬于鋰離子電池前驅體，具體涉及一種球形氫氧化鎳及其制備方法和應用。

背景技術：

1、隨著現(xiàn)代能源技術的發(fā)展，鋰離子電池被廣泛應用于數(shù)碼、交通、通信等領域。其中，正極材料是鋰離子電池的重要組成部分，正極材料及其前驅體的電化學性能是影響電池性能的決定性因素。隨著對電池性能的要求越來越高，也對正極材料及其前驅體的能量密度和倍率性能提出了更高的要求。

2、目前三元鋰離子電池、鎳基電池等電池的正極材料前驅體多為氫氧化鎳，氫氧化鎳按形貌可劃分為普通氫氧化鎳和球形氫氧化鎳，其中，球形氫氧化鎳相對于普通氫氧化鎳具有更高的堆積密度，以球形氫氧化鎳制成的正極材料可以提高填充密度和機械穩(wěn)定性。現(xiàn)階段，大多通過間歇式或連續(xù)式工藝制備球形氫氧化鎳。雖然目前制得的氫氧化鎳內部堆積較密、較緊實，能夠提升能量密度，但是鋰離子傳輸路徑不通暢，導致鋰離子傳輸效率較差，不利于提升倍率性能。

3、因此，如何提供一種兼顧改善能量密度和鋰離子傳輸效率的球形氫氧化鎳，是本領域亟待解決的技術問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種球形氫氧化鎳及其制備方法和應用，以解決現(xiàn)有技術中難以兼顧改善能量密度和鋰離子傳輸效率的技術問題，從而使其制得的正極材料具有優(yōu)異的能量密度和倍率性能。

2、為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種球形氫氧化鎳，球形氫氧化鎳包括二次顆粒；二次顆粒由一次顆粒在晶核表面堆疊而成，其中，一次顆粒呈紡錘狀，一次顆粒的平均長度為600～900nm，平均寬度為150～250nm。

3、進一步地，球形氫氧化鎳的粒徑分布寬度span為0.5～0.6；和/或，球形氫氧化鎳的中值粒徑d50為3.0～5.0μm；和/或，球形氫氧化鎳的振實密度為1.9～2.2g/cm3；和/或，球形氫氧化鎳的比表面積為6～13m2/g；和/或，一次顆粒的長度方向偏離與二次顆粒徑向垂直的方向0～30°。

4、根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種第一方面提供的球形氫氧化鎳的制備方法，包括以下步驟：將鎳鹽溶液、堿液和氨水泵入反應釜內混合以形成反應漿料，使反應漿料發(fā)生共沉淀反應，得到球形氫氧化鎳；其中，共沉淀反應包括第一階段和第二階段；在第一階段，反應漿料的ph值為a1，氨值為b1；在第二階段，反應漿料的ph值為a2，氨值為b2，滿足：a1＞a2，b1＜b2。

5、進一步地，在45℃條件下，a1為11.50～12.30；和/或，b1為0～5g/l；和/或，在45℃條件下，a2為10.80～11.90；和/或，b2為2～8g/l；和/或，共沉淀反應的溫度為45～55℃，第一階段的時間不超過6h。

6、進一步地，在第一階段，控制反應釜內的攪拌轉速為c1；在第二階段，當反應釜內的產物粒度d50達到目標粒度的50％～80％時，控制反應釜內的攪拌轉速為c2；當反應釜內的產物粒度d50達到目標粒度的80％以上時，控制反應釜內的攪拌轉速為c3，滿足c1＞c2＞c3；優(yōu)選地，c1為400～500rpm；和/或，c2為350～450rpm；和/或，c3為250～350rpm。

7、進一步地，在第一階段，向反應釜內泵入鎳鹽溶液的進料流量為d1；在第二階段，向反應釜內泵入鎳鹽溶液的進料流量d2，滿足d1≤d2；優(yōu)選地，d1為6～20l/h；和/或，d2為30～60l/h。

8、進一步地，將鎳鹽溶液、堿液和氨水泵入反應釜內之前還包括以下步驟：向反應釜內加入水作為底液，控制反應釜內的攪拌轉速為c1，溫度為45～55℃，再加入堿液和氨水以調整底液的ph值為a1，氨值為b1；優(yōu)選地，在45℃條件下，a1為11.50～12.30；和/或，b1為0～5g/l；和/或，c1為400～500rpm。

9、進一步地，采用的反應裝置包括反應釜和濃縮機；其中，反應釜用于容置反應漿料并供反應漿料在其中進行共沉淀反應；濃縮機用于承接從反應釜內溢流出的部分反應漿料并供反應漿料在其中進行抽濾濃縮處理；在第二階段，還包括以下步驟：當反應釜的液位到達溢流液位時，使反應漿料溢流至濃縮機內；當濃縮機的液位到達預設液位時，使溢流至濃縮內的反應漿料進行抽濾濃縮處理，然后返回至反應釜內；優(yōu)選地，溢流液位是指反應釜內的液位達到反應釜內腔高度的60～70％，預設液位是指濃縮機內的液位達到濃縮機內腔高度的40～80％，在抽濾濃縮處理中濃縮機的攪拌轉速為250～350rpm。

10、進一步地，在共沉淀反應之后還包括洗滌處理、干燥處理；其中，洗滌處理包括堿洗處理和水洗處理；優(yōu)選地，堿洗處理所用洗液為溫度為50～80℃的氫氧化鈉溶液，濃度為1～4mol/l；優(yōu)選地，水洗處理所用水的溫度為40～80℃；優(yōu)選地，干燥處理的溫度為80～160℃，干燥至水份≤0.2wt％。

11、進一步地，鎳鹽溶液中鎳離子摩爾濃度為1.5～3.0mol/l；和/或，鎳鹽溶液中的鎳鹽包括硫酸鎳；和/或，堿液中堿性物質包括氫氧化鈉；和/或，堿液中堿性物質的摩爾濃度為5.0～10.0mol/l；和/或，氨水中nh3的濃度為3.0～6.0mol/l。

12、根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種正極材料，由包括氫氧化鎳在內的原料經(jīng)燒結處理制得，其中，氫氧化鎳包括第一方面提供的球形氫氧化鎳或者由第二方面提供的制備方法制得的球形氫氧化鎳。

13、本發(fā)明的實施，至少具有以下有益效果：

14、本發(fā)明提供的球形氫氧化鎳，通過限定一次顆粒的形貌和尺寸，具有紡錘狀的一次顆粒緊密堆疊，在不損失較高的振實密度的同時，增大了球形氫氧化鎳的比表面積，在后續(xù)鋰化燒結制備正極材料時，使其鋰化均勻性更佳，還有助于提升正極材料的比表面積，使得參與電化學反應的活性位點增加，從而兼顧改善能量密度和鋰離子傳輸效率；此外，具有該特定結構和尺寸的一次顆粒鋰離子擴散路徑較短，充放電時可快速脫嵌，有助于進一步提升鋰離子傳輸效率。因此，本發(fā)明提供的球形氫氧化鎳能夠兼顧提升能量密度和鋰離子傳輸效率，從而使得由該球形氫氧化鎳形成的正極材料在應用于電池中具有優(yōu)異的比容量和倍率性能。

技術特征：

1.一種球形氫氧化鎳，其特征在于，所述球形氫氧化鎳包括二次顆粒；所述二次顆粒由一次顆粒在晶核表面堆疊而成，其中，所述一次顆粒呈紡錘狀，所述一次顆粒的平均長度為600～900nm，平均寬度為150～250nm。

2.根據(jù)權利要求1所述的球形氫氧化鎳，其特征在于，所述球形氫氧化鎳的粒徑分布寬度span為0.5～0.6；和/或，所述球形氫氧化鎳的中值粒徑d50為3.0～5.0μm；和/或，所述球形氫氧化鎳的振實密度為1.9～2.2g/cm3；和/或，所述球形氫氧化鎳的比表面積為6～13m2/g；和/或，所述一次顆粒的長度方向偏離與所述二次顆粒徑向垂直的方向0～30°。

3.一種權利要求1或2所述的球形氫氧化鎳的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：將鎳鹽溶液、堿液和氨水泵入反應釜內混合以形成反應漿料，使所述反應漿料發(fā)生共沉淀反應，得到所述球形氫氧化鎳；其中，所述共沉淀反應包括第一階段和第二階段；在所述第一階段，所述反應漿料的ph值為a1，氨值為b1；在所述第二階段，所述反應漿料的ph值為a2，氨值為b2，滿足：a1＞a2，b1＜b2。

4.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于，在45℃條件下，a1為11.50～12.30；和/或，b1為0～5g/l；和/或，在45℃條件下，a2為10.80～11.90；和/或，b2為2～8g/l；和/或，所述共沉淀反應的溫度為45～55℃，所述第一階段的時間不超過6h；和/或，在所述第一階段，控制所述反應釜內的攪拌轉速為c1；在所述第二階段，當所述反應釜內的產物粒度d50達到目標粒度的50％～80％時，控制所述反應釜內的攪拌轉速為c2；當所述反應釜內的產物粒度d50達到目標粒度的80％以上時，控制所述反應釜內的攪拌轉速為c3，滿足c1＞c2＞c3；優(yōu)選地，c1為400～500rpm；和/或，c2為350～450rpm；和/或，c3為250～350rpm。

5.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于，在所述第一階段，向所述反應釜內泵入所述鎳鹽溶液的進料流量為d1；在所述第二階段，向所述反應釜內泵入所述鎳鹽溶液的進料流量d2，滿足d1≤d2；優(yōu)選地，d1為6～20l/h；和/或，

6.根據(jù)權利要求4所述的制備方法，其特征在于，將鎳鹽溶液、堿液和氨水泵入反應釜內之前還包括以下步驟：向反應釜內加入水作為底液，控制所述反應釜內的攪拌轉速為c1，溫度為45～55℃，再加入堿液和氨水以調整底液的ph值為a1，

7.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于，采用的反應裝置包括反應釜和濃縮機；其中，所述反應釜用于容置反應漿料并供反應漿料在其中進行共沉淀反應；所述濃縮機用于承接從反應釜內溢流出的部分反應漿料并供反應漿料在其中進行抽濾濃縮處理；

8.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于，在共沉淀反應之后還包括洗滌處理、干燥處理；其中，洗滌處理包括堿洗處理和水洗處理；優(yōu)選地，所述堿洗處理所用洗液為溫度為50～80℃的氫氧化鈉溶液，濃度為1～4mol/l；優(yōu)選地，所述水洗處理所用水的溫度為40～80℃；優(yōu)選地，所述干燥處理的溫度為80～160℃，干燥至水份≤0.2wt％。

9.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述鎳鹽溶液中鎳離子摩爾濃度為1.5～3.0mol/l；和/或，所述鎳鹽溶液中的鎳鹽包括硫酸鎳；和/或，所述堿液中堿性物質包括氫氧化鈉；和/或，所述堿液中堿性物質的摩爾濃度為5.0～10.0mol/l；和/或，所述氨水中nh3的濃度為3.0～6.0mol/l。

10.一種正極材料，其特征在于，由包括氫氧化鎳在內的原料經(jīng)燒結處理制得，其中，所述氫氧化鎳包括權利要求1或2所述的球形氫氧化鎳或者由權利要求3-9任一項所述的制備方法制得的球形氫氧化鎳。

技術總結
本發(fā)明提供一種球形氫氧化鎳及其制備方法和應用，涉及鋰離子電池前驅體技術領域。球形氫氧化鎳包括二次顆粒；二次顆粒由一次顆粒在晶核表面堆疊而成，其中，一次顆粒呈紡錘狀，一次顆粒的平均長度為600～900nm，平均寬度為150～250nm。通過限定一次顆粒的形貌和尺寸，能夠兼顧改善能量密度和鋰離子傳輸效率。

技術研發(fā)人員：李鑫鑫,李建曉,劉文超,郭文倩,張克軍
受保護的技術使用者：華友新能源科技（衢州）有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/30