[發(fā)明專利]一種正極材料前驅(qū)體的制備方法及所制得的正極材料前驅(qū)體

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011059451.4
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112357973A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何飛雄;顏加明;張燕輝;邢盛洲;呂棟梁
• 申請（專利權(quán)）人: 宜賓光原鋰電材料有限公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 成都泰合道知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51231
• 代理人: 呂曉霞

本發(fā)明公開了一種正極材料前驅(qū)體的制備方法，配制原料金屬鹽溶液、堿液和絡(luò)合劑溶液，將原料金屬鹽溶液、堿液、絡(luò)合劑加入反應(yīng)釜共沉淀反應(yīng)，所述共沉淀反應(yīng)包括以下兩個階段：S1：控制金屬鹽溶液的進(jìn)料流量為0～30mL/min，攪拌線速度為6～15m/s，pH值為11～13；S2：待反應(yīng)釜內(nèi)顆粒粒徑生長至目標(biāo)粒徑的60～80％時，控制金屬鹽溶液的進(jìn)料流量為0～60mL/min，攪拌線速度為S1階段攪拌線速度的30～80％，pH值為8～11.5；至顆粒平均粒徑生長至目標(biāo)粒徑，停止進(jìn)料，得正極材料前驅(qū)體。本發(fā)明通過分段分時控制反應(yīng)條件，所制得的正極材料前驅(qū)體振實密度大于2.20g/cm³，同時比表面積大于10.4m²/g，形貌可控，粒度分布均勻，大大改善了鋰離子電池的容量和充放電性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種正極材料前驅(qū)體的制備方法。

背景技術(shù)

目前鋰離子電池憑借比容量高、循環(huán)壽命長、自放電率低、無記憶效應(yīng)、環(huán)境友好等優(yōu)勢，占據(jù)了廣闊便攜式電子設(shè)備領(lǐng)域較大的市場份額，并被公認(rèn)為最具發(fā)展?jié)摿Φ碾妱榆囉脛恿﹄姵?。正極材料是鋰離子電池的重要組成部分，目前商用的正極材料以磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、三元材料為主，特別是多元材料因其具備鎳、鈷、錳、鋁多元素的特性而成為當(dāng)下動力電池正極材料研究的熱點，其具有性能優(yōu)于鈷酸鋰而成本遠(yuǎn)低于鈷酸鋰、能量密度遠(yuǎn)高于磷酸鐵鋰等重要優(yōu)勢，正在逐漸成為汽車動力電池的主流正極材料。

在正極材料制備工藝中，前驅(qū)體的制備工藝占60％，前驅(qū)體的優(yōu)劣直接影響正極材料的性能。一般正極材料為由鎳鈷錳氫氧化物細(xì)小晶粒團聚而成的二次球形顆粒和氫氧化鋰混合后煅燒而成。目前生產(chǎn)前驅(qū)體主要采用的是共沉淀法，即鎳鹽、鈷鹽、錳鹽或鋁鹽按照一定的比例配成鹽溶液，在堿液、絡(luò)合劑存在的條件下形成氫氧化鎳鈷錳\鋁沉淀，再通過離心洗滌、漿化、干燥等步驟得到合格的產(chǎn)品。正極材料前驅(qū)體的振實密度、尺寸、形貌、粒徑大小、雜質(zhì)含量等對三元電池材料的技術(shù)指標(biāo)有直接影響，正極材料前驅(qū)體的品質(zhì)及物理化學(xué)性能很大程度上決定了電池材料的性能。其中，共沉淀是控制前驅(qū)體的形貌結(jié)構(gòu)和振實密度的關(guān)鍵階段。

公開號為CNCN107611383A的中國發(fā)明申請公開了一種低硫高振實密度的鎳鈷錳三元前驅(qū)體的制備方法。本發(fā)明采用晶體成核與晶體生長分階段進(jìn)行的間歇工藝制備鎳鈷錳氫氧化物，并在晶體生長階段采用PSP(停止反應(yīng)-沉降-去除上清液-開啟反應(yīng))合成工藝來提高鎳鈷錳氫氧化物顆粒的致密度和減少不合格料，既不需要使用額外的添加劑，也不需要增加反應(yīng)釜的數(shù)量；再通過低濃度的堿液洗滌、干燥后，即得到低硫高振實密度的鎳鈷錳三元前驅(qū)體；所制備的鎳鈷錳三元前驅(qū)體D50為6-13μm，TD≥2.30g/cc，S含量≤1200ppm。其通過除去產(chǎn)品中的雜質(zhì)來提高鈷錳氫氧化物顆粒的致密度和減少不合格料，但是對于正極材料而言，振實密度和比表面積是兩個矛盾的點，一般前驅(qū)體振實密度高比表面積小，而比表面積大振實密度低，因此本發(fā)明雖然提高了振實密度，但是降低了比表面積，進(jìn)而降低了充放電時間倍率。

正極材料要求粒徑均一、振實密度高、比表面積大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，才能保證其動力電池對長續(xù)航能力、高循環(huán)特性、高安全性、短充電時間等具有較高要求。因為振實密度越高，容量越高，續(xù)航能力越強；比表面積越大，充放電時間倍率越大，充電時間越短。因此如何在保證提高正極材料前驅(qū)體的振實密度的同時，提高了比表面積，從而保證鋰離子電池的續(xù)航時間和縮短充電時間，是目前亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種正極材料前驅(qū)體的制備方法，該方法提高正極材料前驅(qū)體的振實密度的同時，提高了比表面積。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種正極材料前驅(qū)體的制備方法，配制原料金屬鹽溶液、堿液和絡(luò)合劑溶液，將原料金屬鹽溶液、堿液、絡(luò)合劑加入反應(yīng)釜共沉淀反應(yīng)，所述共沉淀反應(yīng)包括以下兩個階段：

S1：控制金屬鹽溶液的進(jìn)料流量為0～30mL/min，攪拌線速度為6～15m/s，pH值為11～13；