[发明专利]用于制备大单晶形貌镍钴锰三元正极材料及其前驱体的方法

说明书

本发明公开了一种用于制备大单晶形貌镍钴锰三元正极材料及其前驱体的方法，其中，大单晶镍钴锰三元材料专用前驱体制备方法包括将含镍、钴、锰离子的混合盐溶液与分散剂溶液均匀混合形成混合溶液；在40～70℃水浴条件下，将所述混合盐溶液与含氢氧化钠和氨的混合碱溶液并流混合进入管道反应器中反应得到混合浆料。本发明用于制备大单晶形貌镍钴锰三元正极材料及其前驱体的方法采用管道反应器进行快速共沉淀反应，并通过加入分散剂形成高比表面疏松形貌的小颗粒大单晶镍钴锰三元材料专用前驱体，后经掺杂助溶剂烧结后可形成晶粒尺寸达到2～5μm、分散均匀的大单晶镍钴锰三元正极材料，且制备的镍钴锰三元正极材料粉末压实密度高，电化学性能优异。

技术领域

本发明涉及电池电极材料制备技术领域，具体涉及一种用于制备大单晶形貌镍钴锰三元正极材料及其前驱体的方法。

背景技术

镍钴锰三元材料其化学通式为LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂(其中0.4≤x≤0.9，0≤y≤0.5，x+y≤1)，是常见的锂离子电池的正极材料。相较其他类型正极材料，因其具有较高的容量、优良的循环和倍率表现。三元材料的微观形貌为不规则的纳米级一次颗粒堆积成的类球状的二次颗粒，相较于板结架桥的二次颗粒形貌而言，传统三元材料具有高振实密度，较低比表面积从而减少界面副反应的优势，一度成为主流选择与标准化要求产品。然而，随着三元材料在动力电池和高电压电池方面的应用。传统的三元类球状二次多晶颗粒正极材料存在着结构牢固性差、粉末压实密度低、一次颗粒粒径小，且结构缺陷多，内部难以包覆导致高电压充放电过程中界面副反应难以抑制，容易气胀等缺点。

目前，单晶形貌的镍钴锰三元正极材料制备过程中，主要关注于烧结方式、烧结温度、颗粒破碎等方面，而对于单晶材料的前驱体的制备工艺较少。例如，使用传统共沉淀法合成的三元前驱体制备单晶三元材料，该种前驱体合成时间较长，设备要求较高。此外，在制备单晶正极材料的方法过程中，将共沉淀得到的花簇状前驱体经三段烧结后制备单晶材料，该方法的工艺流程复杂，条件严格不易控制，工艺单耗较高。

综上，传统共沉淀法制备三元正极材料及其前驱体的设备体积庞大，造价成本高，产品合成周期长；且存在着制备的三元材料的结构牢固性差、粉末压实密度低、一次颗粒粒径小，且结构缺陷多的缺点。

发明内容

为此，本发明提供用于制备大单晶形貌镍钴锰三元正极材料及其前驱体的方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种大单晶镍钴锰三元材料专用前驱体的制备方法，其包括将含镍、钴、锰离子的混合盐溶液与分散剂溶液均匀混合形成混合溶液；

在40～70℃水浴条件下，将所述混合溶液与含氢氧化钠和氨的混合碱溶液并流混合进入管道反应器中反应得到混合浆料；

将所述混合浆料陈化、洗涤、过滤、烘干得到大单晶镍钴锰三元材料专用前驱体。

优选的，所述陈化过程为：

在氮气保护下，将所述混合浆料在陈化搅拌槽中充分分散均匀，其中，陈化体系中的pH值为9～13，温度40～70℃，固含量为10％～40％，陈化时间为2～8h。

优选的，所述分散剂为聚乙二醇、聚甘油和聚丙烯醇中的一种或几种；

所述分散剂溶液的浓度为1～100g/L。

优选的，所述洗涤过程为：

用40～80℃的去离子水和40～80℃的60～320g/L的氢氧化钠溶液交叉洗涤所述混合浆料3～5次，得到大单晶镍钴锰三元材料专用前驱体滤料。

优选的，所述烘干过程为：