[發明專利]一種三元正極材料前驅體的制備方法

有效

• 申請號: 202011156569.9
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112279310B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 雷天起;陳龍
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525;C01G53/00
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 韓燕

本發明公開了一種三元正極材料前驅體的制備方法，制備的前驅體的二次球顆粒內部存在均勻分布并位于一次顆粒之間的縫隙及孔結構。當前驅體制備成正極材料應用于鋰離子電池時，該結構特征有利于正極材料承受鋰離子遷入遷出引起的膨脹收縮應力，避免充放電循環引起的正極材料顆粒破碎、結構坍塌現象，從而提高鋰電池的循環性能。本發明的三元正極材料前驅體由共沉淀反應法制備，主要通過調節反應工藝控制前驅體二次球顆粒的生長速度和一次顆粒堆積緊密程度以獲得所述的結構特征。本發明工藝簡單，易于推廣和應用。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域，具體是一種三元正極材料前驅體的制備方法。

背景技術

鋰離子電池由于其高容量、長壽命等優點而被廣泛地應用于消費類電子、電動汽車等領域。相比于電子產品平均2-3年的使用壽命，電動汽車則通常需要10年以上的壽命，這就使得動力鋰電池需要提供更高的循環性能。

鋰電池的性能最主要取決于正極材料的性能，鎳鈷錳三元材料(NCM)是目前應用最為廣泛的正極材料之一。目前研究證實NCM三元正極材料在充放電循環過程中會由于應力的積累而導致顆粒開裂、破碎，從而導致容量衰減。

NCM三元材料具有α-NaFeO₂類型的層狀結構，在鋰電池的放電過程中，伴隨著Li⁺的脫出NCM三元材料會經歷一系列相變過程，其c軸在前期(H1→M→H2)被逐漸拉伸，后期(H2→H3)經歷急劇收縮。正是由于循環過程中這種晶格的膨脹和收縮產生了應力積累，而最終導致正極材料顆粒的開裂和破碎。

因此改善正極材料顆粒的機械性能可以有效地提高鋰電池充放電的循環性能，三元正極材料的形貌及結構特征主要繼承于前驅體的結構。因而可在前驅體的制備階段直接通過調節反應工藝以提高正極材料的機械性能，并最終改善電池性能，但是目前還缺乏此類技術及研究。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種三元正極材料前驅體的制備方法，制得的三元正極材料前驅體二次球顆粒內部存在均勻分布并位于一次顆粒之間的縫隙及孔結構，由三元正極材料前驅體制備的正極材料應用于鋰電池時，其結構易可承受鋰離子遷入遷出引起的結構膨脹收縮應力，從而避免顆粒破碎和結構坍塌現象，提高鋰電池的循環性能。

本發明的技術方案為：

一種三元正極材料前驅體的制備方法，具體包括有以下步驟：

(1)、分別配置氨水溶液、堿溶液以及可溶性鎳鈷錳金屬的混合鹽溶液；向反應容器中加入去離子水，攪拌并加熱至反應溫度，并通入高純氮去除溶解氧；

(2)、向反應容器內的去離子水中加入配置好的氨水溶液，調節NH₃濃度至C_NH3,1；再向反應容器中加入配置好的堿溶液，調節pH值至pH₁，然后同時向反應容器中加入配置好的氨水溶液、堿溶液以及混合鹽溶液進行共沉淀反應；其中，所述的混合鹽溶液的進料流速為Q_鹽,1，所述的氨水溶液和堿溶液的進料流速根據所設定的pH₁及C_NH3,1相應調節；共沉淀反應的時間為T₁，反應后得到的前驅體顆粒的統計平均粒度為D₁；

(2)、分階段設置不同的工藝參數進行共沉淀反應，每個階段通過調變氨水溶液及堿溶液流速調節NH₃濃度至C_NH3,n，pH值至pH_n，混合鹽溶液的進料流速為Q_鹽,n，每個階段反應進行的時間為T_n，前驅體顆粒的統計平均粒度為D_n，其中，不同工藝參數的反應階段數量n≥3；

(4)、待前驅體顆粒的統計平均粒度達到目標值后，將產物經陳化、洗滌、烘干得到三元正極材料前驅體；