[發(fā)明專利]高鎳三元前驅(qū)體的制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110354586.1
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113120974B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李偉權(quán);李長東;劉更好;阮丁山;林弘嘉
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東邦普循環(huán)科技有限公司;湖南邦普循環(huán)科技有限公司;湖南邦普汽車循環(huán)有限公司
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 左恒峰

本發(fā)明公開了一種高鎳三元前驅(qū)體的制備方法及其應(yīng)用，制備方法是在一定條件下同時通入堿液和金屬鹽溶液進行沉淀反應(yīng)，得到D50為7.0～15.0μm的顆粒，再通入晶種，調(diào)節(jié)顆粒的D10降至2.0～7.0μm時，停止通入晶種，持續(xù)通入堿液和金屬鹽溶液，收集溢流出的物料，當(dāng)顆粒粒徑又生長至D50在7.0～15.0μm，重復(fù)上述加晶種的操作，持續(xù)收集溢流物料，最后將收集的物料經(jīng)過洗滌、烘干、篩分得到所述高鎳三元前驅(qū)體。本發(fā)明采用晶種調(diào)節(jié)粒度，使顆粒粒徑保持適當(dāng)?shù)膶挿植迹岣吡饲膀?qū)體的堆積密度，采用間歇式加晶種、連續(xù)式出料的間歇?連續(xù)式生產(chǎn)工藝，保證了生產(chǎn)過程中顆粒生長環(huán)境的高度恒定，減少晶粒內(nèi)部因環(huán)境波動產(chǎn)生的缺陷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高鎳三元前驅(qū)體的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來，隨著新能源電動汽車的普及，人們對電動汽車的續(xù)航里程要求也越來越高。提升續(xù)航里程的關(guān)鍵在于提高汽車搭載的動力電池的能量密度。在電池體系沒有顯著突破的當(dāng)下，提高單位體積電池的容量是現(xiàn)在研究的重點和發(fā)展的方向。基于此，對電池正極活性材料的壓實密度要求也越來越高，而正極材料的壓實密度與前驅(qū)體的壓實密度有著直接的聯(lián)系，這就要求前驅(qū)體要具有較高的壓實密度，同時在承受較大壓強的情況下顆粒還要具有較高的結(jié)構(gòu)強度，以免被壓碎破裂而失去活性。另一方面，高鎳類正極材料相對于傳統(tǒng)材料更容易在輥壓和循環(huán)過程中發(fā)生破裂分解。研究表明這種由于物理化學(xué)作用產(chǎn)生的材料顆粒破裂也與前驅(qū)體的物理強度有關(guān)，提高前驅(qū)體的物理抗破裂能力也有助于改善這類的材料裂解問題。

此前行業(yè)內(nèi)對前驅(qū)體的壓實密度并沒有過多的關(guān)注，也不作為產(chǎn)品供貨的品質(zhì)指標(biāo)，當(dāng)前為了滿足高容量的目標(biāo)，在采用高鎳三元材料的同時，也對高鎳前驅(qū)體的壓實密度和抗破解性能提出來更高的要求，傳統(tǒng)方式生產(chǎn)的產(chǎn)品已無法滿足高鎳前驅(qū)體此方面的要求。

單個三元前驅(qū)體顆粒可以看做是多個一次晶粒堆垛形成的二次球型多晶顆粒，一次晶粒之間直接接觸面形成晶界，不接觸的地方形成孔隙。在前驅(qū)體顆粒上施加一個不斷增大的壓力，顆粒受壓后應(yīng)力增大，在晶粒內(nèi)晶格缺陷處應(yīng)力不斷集中，當(dāng)達到應(yīng)力極限時形成位錯，繼續(xù)施加壓力，位錯在晶粒內(nèi)部發(fā)生滑移使位錯傳播生長形成滑移帶，而晶界是位錯運動的最大障礙之一，一個晶粒的滑移帶不能穿越晶界傳播到相鄰的晶粒中去，要傳遞到相鄰晶粒中必須啟動相鄰晶粒中的位錯源產(chǎn)生新的滑移帶。滑移帶在晶粒之間傳播最終使多晶顆粒破裂分解。可見增加晶界數(shù)目是提高材料抗破解性能的重要手段。另一方面材料顆粒內(nèi)部適當(dāng)?shù)目紫稌轭w粒承受壓力產(chǎn)生彈性形變時提供一定的緩沖空間，但當(dāng)壓力不斷增大，超過屈服極限后，材料產(chǎn)生塑性形變直至產(chǎn)生位錯也會使顆粒破裂。可見適當(dāng)?shù)目紫抖仍陬w粒受壓力時可以提供一定的緩沖作用，但孔隙不是越多越好，一方面因為孔隙增多后，顆粒的重量有所下降會直接降低材料的壓實密度，另一方面顆粒內(nèi)部體積有限，當(dāng)孔隙增加后，晶界數(shù)目則會相應(yīng)的減少，反而使顆粒更容易破解。

對于多個二次多晶顆粒來說，其粒度分布也不是越集中越好，因為均勻的顆粒之間難以形成密集堆積的形式，顆粒會留有較大的孔隙，一方面會增大粉體的宏觀體積，不利于壓實密度的提升，另一方面在粉體受到壓力后，顆粒之間的接觸點較少，容易形成應(yīng)力集中，不利于提高顆粒的抗壓性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出一種高鎳三元前驅(qū)體的制備方法及其應(yīng)用，能夠滿足高鎳前驅(qū)體對壓實密度的要求，同時增加前驅(qū)體顆粒的抗破解性能。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提出了一種高鎳三元前驅(qū)體的制備方法，包括以下步驟：

S1：將鎳鹽、鈷鹽和錳鹽配制成金屬鹽溶液；

S2：在惰性氣氛下，加熱并通入氨水，再通入堿液調(diào)節(jié)pH，然后同時通入堿液和所述金屬鹽溶液進行沉淀反應(yīng)，得到D50為7.0～15.0μm的顆粒；