[发明专利]一种正极材料前驱体的制备方法及所制得的正极材料前驱体

说明书

本发明公开了一种正极材料前驱体的制备方法，配制原料金属盐溶液、碱液和络合剂溶液，将原料金属盐溶液、碱液、络合剂加入反应釜共沉淀反应，所述共沉淀反应包括以下两个阶段：S1：控制金属盐溶液的进料流量为0～30mL/min，搅拌线速度为6～15m/s，pH值为11～13；S2：待反应釜内颗粒粒径生长至目标粒径的60～80％时，控制金属盐溶液的进料流量为0～60mL/min，搅拌线速度为S1阶段搅拌线速度的30～80％，pH值为8～11.5；至颗粒平均粒径生长至目标粒径，停止进料，得正极材料前驱体。本发明通过分段分时控制反应条件，所制得的正极材料前驱体振实密度大于2.20g/cm³，同时比表面积大于10.4m²/g，形貌可控，粒度分布均匀，大大改善了锂离子电池的容量和充放电性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，尤其是一种正极材料前驱体的制备方法。

背景技术

目前锂离子电池凭借比容量高、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应、环境友好等优势，占据了广阔便携式电子设备领域较大的市场份额，并被公认为最具发展潜力的电动车用动力电池。正极材料是锂离子电池的重要组成部分，目前商用的正极材料以磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、三元材料为主，特别是多元材料因其具备镍、钴、锰、铝多元素的特性而成为当下动力电池正极材料研究的热点，其具有性能优于钴酸锂而成本远低于钴酸锂、能量密度远高于磷酸铁锂等重要优势，正在逐渐成为汽车动力电池的主流正极材料。

在正极材料制备工艺中，前驱体的制备工艺占60％，前驱体的优劣直接影响正极材料的性能。一般正极材料为由镍钴锰氢氧化物细小晶粒团聚而成的二次球形颗粒和氢氧化锂混合后煅烧而成。目前生产前驱体主要采用的是共沉淀法，即镍盐、钴盐、锰盐或铝盐按照一定的比例配成盐溶液，在碱液、络合剂存在的条件下形成氢氧化镍钴锰\铝沉淀，再通过离心洗涤、浆化、干燥等步骤得到合格的产品。正极材料前驱体的振实密度、尺寸、形貌、粒径大小、杂质含量等对三元电池材料的技术指标有直接影响，正极材料前驱体的品质及物理化学性能很大程度上决定了电池材料的性能。其中，共沉淀是控制前驱体的形貌结构和振实密度的关键阶段。

公开号为CNCN107611383A的中国发明申请公开了一种低硫高振实密度的镍钴锰三元前驱体的制备方法。本发明采用晶体成核与晶体生长分阶段进行的间歇工艺制备镍钴锰氢氧化物，并在晶体生长阶段采用PSP(停止反应-沉降-去除上清液-开启反应)合成工艺来提高镍钴锰氢氧化物颗粒的致密度和减少不合格料，既不需要使用额外的添加剂，也不需要增加反应釜的数量；再通过低浓度的碱液洗涤、干燥后，即得到低硫高振实密度的镍钴锰三元前驱体；所制备的镍钴锰三元前驱体D50为6-13μm，TD≥2.30g/cc，S含量≤1200ppm。其通过除去产品中的杂质来提高钴锰氢氧化物颗粒的致密度和减少不合格料，但是对于正极材料而言，振实密度和比表面积是两个矛盾的点，一般前驱体振实密度高比表面积小，而比表面积大振实密度低，因此本发明虽然提高了振实密度，但是降低了比表面积，进而降低了充放电时间倍率。

正极材料要求粒径均一、振实密度高、比表面积大、结构稳定，才能保证其动力电池对长续航能力、高循环特性、高安全性、短充电时间等具有较高要求。因为振实密度越高，容量越高，续航能力越强；比表面积越大，充放电时间倍率越大，充电时间越短。因此如何在保证提高正极材料前驱体的振实密度的同时，提高了比表面积，从而保证锂离子电池的续航时间和缩短充电时间，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种正极材料前驱体的制备方法，该方法提高正极材料前驱体的振实密度的同时，提高了比表面积。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种正极材料前驱体的制备方法，配制原料金属盐溶液、碱液和络合剂溶液，将原料金属盐溶液、碱液、络合剂加入反应釜共沉淀反应，所述共沉淀反应包括以下两个阶段：

S1：控制金属盐溶液的进料流量为0～30mL/min，搅拌线速度为6～15m/s，pH值为11～13；