[發明專利]一種綠色低成本的三元材料前驅體及其制備方法與裝置

在審

• 申請號: 202010693147.9
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111792679A
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 秦顯忠;蔡飛鵬;王波;蔣波;姜桂林
• 申請（專利權）人: 山東省科學院能源研究所
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭平

本發明涉及一種綠色低成本的三元材料前驅體及其制備方法與裝置，屬于新能源動力電池領域，將鎳鹽、錳鹽、鈷鹽配成一定濃度的混合鹽溶液，與一定濃度的環保型絡合劑和沉淀劑同時送入充滿N₂保護的反應罐中，嚴格控制反應條件，其中沉淀劑的進料速率是通過pH自動加液機控制；形成的產物經反應罐底部泵入循環罐中，待反應液充滿循環罐后從溢流口再次進入反應罐中，如此反復循環多次；當前驅體顆粒粒徑達到要求后即停止反應；經過濾、洗滌、烘干即可得到三元前驅體材料。本發明所采用的工藝克服了傳統工藝粒度分布較寬的缺陷；本發明制備的前驅體具有各金屬含量合格、粒度分布合理、高球形度；工藝簡單、綠色且能耗低、適合工業推廣。

技術領域

本發明屬于一種鋰離子電池三元材料前驅體及其制備方法與裝置，屬于新能源動力電池領域。具體涉及一種綠色低成本的三元材料前驅體的制備方法。

背景技術

目前，以三元材料(LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂)特別是高鎳三元材料((LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂,x0.6)為正極的動力電池成為國內許多電池企業首選。LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂材料根據Ni:Co:Mn三元素比例可分為111、523、622和811型等，Ni作為主活性元素可提高比容量，Co提高電導率，Mn穩定材料結構，Ni含量增加，材料容量增加，但倍率性能、循環壽命及安全性也隨之降低。目前，三元材料主要由氫氧化物前驅體與鋰鹽經高溫固相反應制備，而氫氧化物前驅體材料則主要采用共沉淀工藝獲得，前驅體材料的主要指標包含Ni、Co、Mn三元素含量、總金屬含量、振實密度、粒度分布、比表面積及形貌等。其中三元素含量為判斷前驅體材料是否合格的重要指標，總金屬含量是配鋰的關鍵指標，振實密度、粒度分布、比表面積及形貌等影響后期高溫燒結工藝和成品性能。由于前驅體材料的元素組成、晶粒形貌、粒徑分布和振實密度等對最終產品的物理和電化學性能具有決定性影響。目前，前驅體制備采用連續式和間歇式兩種共沉淀工藝制備，連續式為在開有溢流口的反應釜中實現邊進料邊出料的連續式生產，缺點是獲得的前驅體粒度分布較寬；間歇式則是在密閉反應釜內實現間歇多次沉淀，優點是可獲得高品質粒度均一的前驅體材料。發明人發現，目前最新的三元前驅體的制備方法雖能克服傳統連續共沉淀法制備的粒徑較寬的問題，但操作過程復雜需要匹配一些其他的設備如陳化池、離射機、提濃機等設備，合成過程中使用氨水作為絡合劑會導致NH₃的釋放及大量的堿性上清液，造成環境污染和增加廢液的處理費用并且未涉及到前驅體材料中三元素含量的考察。

發明內容

為了克服上述問題，本發明提供了一種綠色低成本的三元材料前驅體及其制備方法與裝置。通過本發明制備的三元材料前驅體具有各金屬含量合格、一次顆粒尺度適中且堆積密實，二次顆粒粒度分布合理、高球形度和振實密度；工藝簡單、綠色且能耗低、適合工業化推廣。

為實現上述技術目的，本發明采用如下技術方案：

本發明的第一個方面，提供了一種綠色低成本的三元材料前驅體的制備方法，包括：

以含鎳鹽、錳鹽、鈷鹽的混合溶液、環保型絡合劑、沉淀劑為原料進行間歇共沉淀，收集產物；

將所述產物返回到間歇共沉淀工序進行晶種循環；

反應結束后，取出母液和溢流產物，經過濾、洗滌、烘干，得到三元材料前驅體。