[發明專利]一種單粒子形貌的鎳錳鈷酸鋰材料的制備方法及設備

在審

• 申請號: 201810059023.8
• 申請日: 2018-01-22
• 公開（公告）號: CN108321426A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 葉尚云;張平偉;李錫力
• 申請（專利權）人: 北京圣比和科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M4/58;H01M4/505;H01M4/525;C01G53/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王文君;王文紅

本發明提供一種單粒子形貌的鎳錳鈷酸鋰材料的制備方法，利用泰勒流反應釜促進成核和長大的作用結合旋流水力分級返回小粒徑種子晶核的原理合成了具有棒狀結晶體緊密堆積的球形形貌的鎳錳鈷氫氧化物前驅體，進而與鋰鹽、助溶劑混合，在500～1000℃多次焙燒制備單一粒子形貌的鎳錳鈷酸鋰正極材料。本發明還提出一種用于制備鎳錳鈷氫氧化物前驅體的設備。本發明提出的方法，依靠泰勒渦流作用維持物料的均勻流化，物料軸向返混小，反應推動力高，泰勒渦柱為物料提供更大的接觸面積，同時保證較高的傳質系數和較小的剪切應力，即使在較低的軸向流速下也能通過調節底部進氣壓力等參數獲得良好的流化效果，產品振實密度高、粒度可控、生產效率高。

技術領域

本發明屬于能源材料領域，具體涉及一種單粒子形貌的鋰離子電池的電極材料制備方法及設備。

背景技術

鋰離子電池用鎳鈷錳酸鋰正極材料(簡稱三元正極材料)因其具有高可逆比容量，優良的熱穩定性和安全性以及成本相對較低等優點近些年來受到廣泛的關注。用通常方法制備的三元正極材料的微觀形貌為小粒子團聚成的類球形顆粒，這種物理結構的材料結構缺陷多，充放電過程易發生結構坍塌，而且粒子內部孔隙大、內部顆粒難以包覆處理，易與電解液發生界面副反應，導致循環性能和安全性能下降，更為嚴重的是團聚粒子的“骨架”結構牢固性差，極易在極片制備過程中被壓碎，材料的內部顆粒裸露，使界面副反應和金屬離子溶出加劇，導致電池壽命降低和安全性問題。通過制備單粒子形貌(一次粒子結構)的三元正極材料可以根本性解決上述問題，此外一次粒子結構的三元正極材料壓實密度高、比表面積低，具有良好的加工性能和循環性能，能量密度高。

目前，制備三元正極材料有兩個基本步驟，即先制備鎳錳鈷的氫氧化物或氧化物(前驅體)，然后與鋰鹽混合并高溫焙燒。制備具有單粒子形貌的三元正極材料首先要得到特殊物理結構的前驅體。專利CN102070208B提出了一種反應體系控制前驅體形貌的方法，CN103413932B采用致孔劑和一次燒結工藝制備單晶型多元材料，CN103840151B制備單粒子形貌三元前驅體，CN104979546A采用多次高溫燒結的方法制備了單粒子形貌的三元正極材料，CN106159251A采用助溶劑的方法制備類單晶三元正極材料，類似的方法很多。然而，這些方法沒有合適的工藝裝備的支持很難得到穩定的一次粒子產品，或者工藝過于復雜、生產成本高、效率低。

發明內容

針對現有技術存在的不足之處，本發明的目的是提出一種單粒子形貌的鎳錳鈷酸鋰材料的制備方法。

本發明的第二個目的是提出一種用于制備鎳錳鈷氫氧化物前驅體的設備。

實現本發明上述目的的技術方案為：

一種單粒子形貌的鎳錳鈷酸鋰材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)用惰性氣體將反應物料、絡合劑、沉淀劑分三路連續吹入泰勒流反應釜中；

(2)通過水力旋流分級將小粒徑反應產物返回泰勒流反應釜中作為種子晶核，同時反應物料與沉淀劑在渦流強力攪拌下發生反應并生成新的氫氧化物晶核，晶核在泰勒流區域繼續長大，如此往復，連續地合成鎳錳鈷氫氧化物前驅體；

(3)、將所得鎳錳鈷氫氧化物前驅體在300～500℃焙燒3～6小時，冷卻粉碎后與鋰鹽、助溶劑充分混合，再在500～800℃焙燒3～20小時，最后在700～1000℃焙燒3～20小時制為鎳錳鈷酸鋰材料。

所述鎳錳鈷酸鋰材料化學式為LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂，式中，0.3≤x≤0.8，0.1≤y≤0.3。

所述鎳錳鈷酸鋰材料具有均勻一次粒子結構的單粒子形貌。