[发明专利]一种球形度高且表面致密低杂质的镍钴锰三元材料前驱体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种球形度高且表面致密低杂质的镍钴锰三元材料前驱体及其制备方法和应用，属于锂离子电池制备技术领域。本发明的制备方法包括以下步骤：将镍源、钴源、锰源化合物溶解在去离子水中配制成一定浓度的溶液；然后将配制好的溶液与浓氨水混合后，与沉淀剂、铵盐溶液并流进入反应釜中进行反应；随后将所得前驱体料浆经水洗、再浆、再水洗，再浆过程中将入一定量的碱溶液；最后经喷雾干燥，即可得到本发明的镍钴锰三元材料前驱体。采用本发明的方法能够制备所得镍钴锰三元材料前驱体的结晶度好、产品球形度高且表面致密、产品中的杂质含量极低，可用于制备性能更佳的锂离子电池正极材料‑镍钴锰酸锂。

技术领域

本发明属于锂离子电池制备技术领域，尤其涉及一种在液相体系下通过金属离子共沉淀工艺制备球形度高且表面致密的高镍系镍钴锰三元材料前驱体降硫、除杂制备工艺，通过该方法可以制备得到电化学活性高的镍钴锰酸锂、以该镍钴锰酸锂为主体的正极材料及包含有该正极材料的二次电池。

背景技术

锂离子电池因具有电压高、能量密度高、循环寿命长、环境污染小等优点而倍受青睐，正极材料作为目前锂离子电池中最关键的材料，它的发展也最值得关注。三元前驱体是制造三元材料的主要原材料，生产三元材料需要使用等量的三元前驱体，三元前驱体目前约占三元材料成本的55％。由于前驱体的品质(形貌、粒径、粒径分布、比表面积、杂质含量、振实密度等)直接决定了最后烧结产物的理化指标，因此前驱体对三元材料的生产至关重要。可以说，三元材料60％的技术含量都在前驱体工艺里面。但目前国内正极材料厂家普遍忽视三元材料前驱体的生产和研发，大部分厂家通常都是直接外购前驱体进行烧结。

目前国内锂电生产企业向着拥有更高比容量的高镍三元材料方向推进，其中以622型及 811型镍钴锰酸锂三元正极材料最为常见。其中，622型镍钴锰酸锂比容量高于523型，克容量能达到160毫安时以上，甚至在高电压的情况下能达到180毫安时，且加工性能好，高能量，内部结构疏松，易于在较低的温度下烧结。Ni含量越高比容量越高，Ni含量达到60％以上的材料的重要性逐渐显现，622类材料的开发成为产业开发的重点，并将使用在高端圆柱笔记本电池和高能量密度的EV电池上。

811这种高镍系材料因为镍含量、钴含量低而具备高容量、价格低等优势，主要应用在小型的高比容的铝壳电池和高容量圆柱锂离子电池上面。目前，关于811这种高镍系材料日本、韩国做的较好，如日本的住友之类企业，国内做的厂家不少，如邦普，大华之类，但大部分企业还都处于中试阶段，量产的规模比较小，还需等待市场的时机。因此，开发研究出适于上述622和811型等高镍系镍钴锰三元材料的前驱体及其制备工艺，并改善所得镍钴锰三元材料前驱体的结构形貌，降低其杂质含量，对于保证所得高镍型镍钴锰酸锂三元正极材料的使用性能具有重要的意义。

经检索，关于镍钴锰酸锂三元材料前驱体制备工艺的专利报道已有较多公开。如，中国专利申请号为201711219583.7，发明创造名称为一种低钠含量硫镍钴锰三元素混合氢氧化物的制备方法，该申请案的硫镍钴锰三元素混合氢氧化物的制备方法，包括以下步骤：(1)原料制备；(2)原料预处理；(3)稀碱配制；(4)共沉淀；(5)陈化；(6)洗涤；(7)烘干，其中陈化好的浆料先自然澄清，排去上清液，然后加入浓度为0.5-1％浓度的稀氢氧化钠溶液进行调浆，调浆2±0.5小时后采用离心机对浆料进行过滤，过滤甩干后再分别用稀氢氧化钠溶液和去离子水进行洗涤，最后经烘干即可得到低钠含量硫镍钴锰三元素混合氢氧化物，但该申请案制备所得硫镍钴锰三元素混合氢氧化物的硫含量仍较高。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上不足，而提供了一种球形度高且表面致密低杂质的高镍系镍钴锰三元材料前驱体及其制备方法和应用。采用本发明的方法可以制备得到球形度高、致密性好，且杂质含量极低的高镍系镍钴锰三元材料前驱体，从而保证镍钴锰酸锂三元正极材料的电化学性能。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：