[發明專利]一種粒度分布可調控的三元前驅體的制備方法

在審

• 申請號: 202110278255.4
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN115072794A
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 王娟;邱天;高炯信;武啟明;陳飛;梁二倩;王濤
• 申請（專利權）人: 華友新能源科技（衢州）有限公司;浙江華友鈷業股份有限公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務所(普通合伙) 33206
• 代理人: 張建青

本發明涉及一種粒度分布可調控的三元前驅體的制備方法，該方法首先在晶種釜內進行晶種制備，再在生長釜內進行后續生長，通過不斷添加晶種的手段，調控產品的粒度分布寬度，以達到調控產品振實密度的目的；本發明解決了目前共沉淀制備前驅體過程中無法調控顆粒粒度分布、升降pH反應體系波動大等問題，該方法無需升降pH，避免了反應體系波動造成的問題，且整個過程可隨意調控顆粒的粒度分布及粒徑指標，得到所需粒度的產品，無需混料，降低了成本，制備得到的前驅體顆粒的具有較高的振實密度，從而使得后續制備的正極材料具有更高的安全性能、循環性能及更高的比容量。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池正極材料前驅體技術領域，特別是一種粒度分布可調控的三元前驅體的制備方法。

背景技術

鋰離子電池作為一種新型的綠色電源，已廣泛的應用于3C數碼電子產品、電動工具、電動車、儲能等領域。三元正極材料是目前各大企業競相開發的熱點，而三元前驅體對于正極材料的性能有著至關重要的影響。

三元前驅體直接決定三元正極材料核心理化性能。三元前驅體是生產三元正極的關鍵性材料，通過與鋰源混合燒結制成三元正極，其性能直接決定三元正極材料核心理化性能，同時，三元正極材料的粒徑、形貌、元素配比、雜質含量等理化性能將直接影響鋰電池能量密度、倍率性能、循環壽命等核心電化學性能。

為滿足電池能量密度的要求，除了提高材料中Ni含量以提高材料的比容量，還可以通過提高材料的振實密度（TD），以達到提高電極片負載量、提高電池的體積能量密度。因此，如何提高前驅體材料的振實密度，是一項重要的研究內容。

而影響材料振實密度的其中一項重要參數就是材料的粒度及粒度分布，粒度及粒度分布會影響三元材料的比表面積、振實密度、壓實密度、加工性能及點化學性能。所以鋰離子電池用三元材料需嚴格控制粒度及粒度分布。三元前驅體材料的特性大部分將繼承到三元正極材料中，三元前驅體的粒度分布直接影響后續煅燒工藝和成品性能。若針對一款前驅體材料，可以將其粒度分布優化到最合適的狀態，則可以最大程度提高前驅體材料的振實密度。

現有共沉淀制備前驅體的工藝中，大多采用升降pH的方式來改變粒度大小。在pH較高時，沉淀反應以成核為主，會產生大量的小顆粒細粉，在pH較低時，沉淀反應以生長為主，會形成生大顆粒粗粉；而且，在升降pH過程中，反應體系會有較大波動，成核與長大的過程是不穩定的，粒度難以穩定控制，對產品性能造成負面影響。且整個反應制備過程無法控制顆粒的粒徑分布，難以得到所需粒度分布的產品。

目前，越來越多的正極材料廠家更傾向于選擇不同粒度大小的前驅體分別燒結后再進行混料，來提高最終產品的TD指標。這一方法相對來說增加了材料的成本。

基于此，開發一種粒度分布可調控的三元前驅體的制備方法，具有非常重大的商業應用價值。

發明內容

本發明針對目前共沉淀制備前驅體過程中無法調控顆粒粒度分布、升降pH反應體系波動大等問題，提供一種粒度分布可調控的三元前驅體的制備方法，該方法無需升降pH，避免了反應體系波動造成的問題，且整個過程可隨意調控顆粒的粒度分布及粒徑指標，得到所需粒度的產品，無需混料，降低了成本，制備得到的前驅體顆粒的具有較高的振實密度，從而使得后續制備的正極材料具有更高的安全性能、循環性能及更高的比容量。

本發明所采用的技術方案是：一種粒度分布可調控的三元前驅體的制備方法，包括步驟如下：

步驟1，按照所需正極材料前驅體中鎳、鈷、錳元素的摩爾比例，選用鎳、鈷、錳可溶性鹽為原料；

步驟2，將步驟1中選用的鎳、鈷、錳可溶性鹽與純水配制成金屬離子總濃度為1.0～2.5mol/L的混合鹽溶液；

步驟3，配制濃度為4.0～11.0mol/L氫氧化鈉溶液；

步驟4，配制濃度為6.0～12.0mol/L的氨水作為絡合劑；