[發(fā)明專利]一種鋰離子電池用三元前驅(qū)體的連續(xù)穩(wěn)定制備方法

在審

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• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN114804223A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李剛;戴仲葭;杜澤學(xué);宗保寧
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京英創(chuàng)嘉友知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11447
• 代理人: 周建秋

本公開提供一種鋰離子電池用三元前驅(qū)體的連續(xù)穩(wěn)定制備方法，包括：(1)配置鹽溶液A、堿溶液B和氨溶液C；(2)在氮?dú)庀潞统恋沓珊朔磻?yīng)條件下，將鹽溶液A、堿溶液B和氨溶液C并流加入到劇烈攪拌的反應(yīng)釜中，得到含有晶種的漿液；(3)在氮?dú)庀潞凸渤恋矸磻?yīng)條件下，將鹽溶液A、堿溶液B和氨溶液C并流加入到劇烈攪拌的溢流式反應(yīng)釜中，得到含有第一前驅(qū)體的漿液；當(dāng)?shù)谝磺膀?qū)體的粒度達(dá)到目標(biāo)粒度時(shí)，在繼續(xù)加入鹽溶液A、堿溶液B和氨溶液C的過程中同時(shí)加入含有晶種的漿液反應(yīng)；(4)收集溢流式反應(yīng)釜中溢流出的物料，進(jìn)行過濾、洗滌和干燥處理。本方法有利于體系pH值的平穩(wěn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)三元前驅(qū)體粒度的穩(wěn)定控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開屬于鋰離子電池三元材料制備領(lǐng)域，具體地，涉及一種鋰離子電池用三元前驅(qū)體的連續(xù)穩(wěn)定制備方法。

背景技術(shù)

鎳鈷錳酸鋰三元材料由于能量密度高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電動汽車動力電池領(lǐng)域。在三元材料中，提高鎳的含量可以提高材料的放電比容量，從而提高動力電池的能量密度，增加電動汽車的續(xù)航里程，但材料的制備難度也越來越大。

在三元材料的制備工藝中，前驅(qū)體的品質(zhì)尤為關(guān)鍵，這是因?yàn)槿牧系牧６确植肌㈩w粒表面形貌、振實(shí)密度等參數(shù)主要由前驅(qū)體的相應(yīng)參數(shù)所決定。在前驅(qū)體合成時(shí)，Ni含量越高、Co和Mn含量越低，前驅(qū)體的合成難度越大，這主要體現(xiàn)在粒度大小和分布難以穩(wěn)定控制上。前驅(qū)體粒度的穩(wěn)定控制是通過晶體“成核與生長”的平衡來實(shí)現(xiàn)的，在中鎳或高鎳三元前驅(qū)體(Ni≥0.5)中，隨著鎳含量的提高，與NH₃絡(luò)合能力強(qiáng)的Ni²⁺比例大大增加，而與NH₃絡(luò)合能力弱的Mn²⁺大大減少，所以體系中晶體生長的趨勢變強(qiáng)，成核趨勢減弱。為了實(shí)現(xiàn)晶體“成核與生長”的平衡，必須提高體系的pH值來提高成核速度，但在高pH值下，由于“堿差”的存在，使得pH難于測準(zhǔn)。因此，共沉淀體系要么是由于pH實(shí)際值過高，導(dǎo)致體系短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)大量晶核而崩潰，要么是pH實(shí)際值過低，導(dǎo)致前驅(qū)體的粒度一直長大而難于穩(wěn)定。如果不能解決中鎳或高鎳三元前驅(qū)體粒度穩(wěn)定控制的問題，就難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的生產(chǎn)，但至今依然沒有簡單有效的手段來解決這一難題。

發(fā)明內(nèi)容

本公開的目的是提供一種三元前驅(qū)體的連續(xù)穩(wěn)定制備方法，以解決中鎳或高鎳三元前驅(qū)體在共沉淀連續(xù)合成時(shí)粒度難以穩(wěn)定控制的難題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本公開提供了一種鋰離子電池用三元前驅(qū)體的連續(xù)穩(wěn)定制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

(1)將可溶性鎳鹽、可溶性鈷鹽和可溶性錳鹽與水混合，得到鹽溶液A；將氫氧化鈉與水混合，得到堿溶液B；將濃氨水與水混合，得到氨溶液C；

(2)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下和沉淀成核反應(yīng)條件下，將所述鹽溶液A、所述堿溶液B和所述氨溶液C并流加入到攪拌的第一反應(yīng)釜中，得到含有鎳鈷錳氫氧化物晶種的漿液；

(3)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下和共沉淀反應(yīng)條件下，將所述鹽溶液A、所述堿溶液B和所述氨溶液C在共沉淀反應(yīng)條件下并流加入到攪拌的溢流式反應(yīng)釜中，得到含有第一前驅(qū)體的漿液；當(dāng)所述第一前驅(qū)體的粒度達(dá)到目標(biāo)粒度時(shí)，在繼續(xù)加入所述鹽溶液A、所述堿溶液B和所述氨溶液C的過程中，同時(shí)加入所述含有鎳鈷錳氫氧化物晶種的漿液繼續(xù)反應(yīng)；

(4)收集所述溢流式反應(yīng)釜中溢流出的物料，進(jìn)行過濾處理、洗滌處理和干燥處理。

可選地，所述三元前驅(qū)體的化學(xué)式為Ni_xCo_yMn_z(OH)₂，其中，x+y+z＝1，0.5≤x＜1.0，0.0＜y≤0.2，0.0＜z≤0.4。

可選地，所述鎳鈷錳氫氧化物晶種的中粒度為D50為1.00-3.00μm；優(yōu)選地，所述鎳鈷錳氫氧化物晶種的中粒度為D50為1.5-2.5μm。

可選地，所述第一前驅(qū)體的目標(biāo)粒度為4.00～18.00μm。