[发明专利]一种单晶镍钴锰酸锂前驱体及其制备方法和单晶镍钴锰酸锂

说明书

本发明提供一种单晶镍钴锰酸锂前驱体及制备方法，包括配制混合盐溶液、沉淀剂溶液和络合剂溶液，以7‑20L/min流速向反应釜中通氧气和非氧气体积比为1:19‑1:29的混合气体；以60‑120ml/min流速加混合盐溶液、氢氧化钠溶液和氨水溶液反应；保持pH值10.0‑11.0、30‑60℃、100‑500rpm的搅拌转速；得一次颗粒片层厚度100‑200nm、粒径D₅₀3.0‑4.0µm、粒度分布（D₉₀‑D₁₀）/D₅₀≤0.8的单晶镍钴锰酸锂前驱体。本发明所制前驱体二次颗粒粒径D₅₀为3.0‑4.0µm、粒度分布不大于0.8。该前驱体所制单晶镍钴锰酸锂颗粒粒度分布窄，高低温性能好。

技术领域

本发明属于锂离子电池用正极材料领域，尤其涉及一种单晶镍钴锰酸锂前驱体及其制备方法和单晶镍钴锰酸锂。

背景技术

在新能源电动汽车领域，三元材料锂离子电池由于安全性能好、成本低而大量应用于电动汽车。但是锂离子电池用三元材料因其自身的缺点，如高、低温循环性能不稳定、比能量低等依然制约着三元材料的实际应用。常规的镍钴锰三元材料由数十或数百个一次颗粒团聚成的类球状二次颗粒结构，这种团聚型材料的压实密度低，在极片辊压过程中颗粒易变形、破碎，导致由此制作的电池极片压实密度低，能量密度低。

将常规团聚型镍钴锰三元材料颗粒单晶化可以解决以上问题，单晶型镍钴锰三元材料为单个或数个一次颗粒组成，由于单晶颗粒本身的颗粒强度大，在电池极片辊压过程中能保持晶粒完整，并能耐受充放电过程中体积变化产生的机械应力，即使在高电压下工作仍能保持较小的体积变化。现有技术中单晶镍钴锰三元材料前驱体的一次颗粒片层厚度分布和二次颗粒粒度分布均较宽，颗粒的大小一致性差。这种前驱体在制备镍钴锰酸锂烧结过程中，锂源中的锂离子不易渗透到较大的前驱体二次颗粒内部，导致前驱体二次颗粒表面和内部锂离子浓度不一致，前驱体一次颗粒不能同步生长。与此同时，前驱体的一次颗粒片层厚度分布也较宽，对于较厚的一次颗粒，则锂源中的锂离子不易完全渗透进入一次颗粒的内部，导致一次颗粒的核心部位缺锂，其电性能较差，尤其是在高温使用和低温使用时容量明显下降；而对于较薄的一次颗粒，则会出现过烧，影响电池的安全性能。因此，需要控制前驱体的一次颗粒分布、二次颗粒分布较窄、一致性好，并且一次颗粒片层厚度适当和二次颗粒粒径中值较小。

另外，现有技术中还有使用氧化法制备前驱体，中国发明申请CN111333126A公开了一种镍钴锰酸锂材料前驱体及制备方法，通过在共沉淀过程中加入压缩空气等氧化剂使来改变反应环境，实现修饰和调整前驱体一次颗粒形貌和振实密度，得到一次颗粒剖面为放射状的片层、二次颗粒为球形的前驱体。但该前驱体由于二次颗粒内部过于疏松，孔隙率过高，二次颗粒粒径中值较大，电性能能量密度低。

发明内容

本发明的目的为：提供一种一次颗粒片层厚度分布和二次颗粒粒度分布均较窄、二次颗粒粒径中值较小的单晶镍钴锰酸锂前驱体的制备方法，由该前驱体制备的单晶镍钴锰酸锂的粒度分布较窄，一致性好，晶格缺陷少，高温性能和低温性能好。

本发明的技术方案为：

一种单晶镍钴锰酸锂前驱体的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将含镍、钴、锰和M元素的盐与水混合得到混合盐溶液，其中M为Mg、Ca、Zr、Y、La和Ti中的至少一种；配制沉淀剂氢氧化钠溶液和络合剂氨水溶液；

步骤二，向密封的反应釜中加入上述氢氧化钠溶液和氨水溶液配成底液，所述底液的pH值为10.0-11.0，所述底液体积占所述反应釜容积的40-90%；