[发明专利]高镍三元前驱体的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种高镍三元前驱体的制备方法及其应用，制备方法是在一定条件下同时通入碱液和金属盐溶液进行沉淀反应，得到D50为7.0～15.0μm的颗粒，再通入晶种，调节颗粒的D10降至2.0～7.0μm时，停止通入晶种，持续通入碱液和金属盐溶液，收集溢流出的物料，当颗粒粒径又生长至D50在7.0～15.0μm，重复上述加晶种的操作，持续收集溢流物料，最后将收集的物料经过洗涤、烘干、筛分得到所述高镍三元前驱体。本发明采用晶种调节粒度，使颗粒粒径保持适当的宽分布，提高了前驱体的堆积密度，采用间歇式加晶种、连续式出料的间歇‑连续式生产工艺，保证了生产过程中颗粒生长环境的高度恒定，减少晶粒内部因环境波动产生的缺陷。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种高镍三元前驱体的制备方法及其应用。

背景技术

近年来，随着新能源电动汽车的普及，人们对电动汽车的续航里程要求也越来越高。提升续航里程的关键在于提高汽车搭载的动力电池的能量密度。在电池体系没有显著突破的当下，提高单位体积电池的容量是现在研究的重点和发展的方向。基于此，对电池正极活性材料的压实密度要求也越来越高，而正极材料的压实密度与前驱体的压实密度有着直接的联系，这就要求前驱体要具有较高的压实密度，同时在承受较大压强的情况下颗粒还要具有较高的结构强度，以免被压碎破裂而失去活性。另一方面，高镍类正极材料相对于传统材料更容易在辊压和循环过程中发生破裂分解。研究表明这种由于物理化学作用产生的材料颗粒破裂也与前驱体的物理强度有关，提高前驱体的物理抗破裂能力也有助于改善这类的材料裂解问题。

此前行业内对前驱体的压实密度并没有过多的关注，也不作为产品供货的品质指标，当前为了满足高容量的目标，在采用高镍三元材料的同时，也对高镍前驱体的压实密度和抗破解性能提出来更高的要求，传统方式生产的产品已无法满足高镍前驱体此方面的要求。

单个三元前驱体颗粒可以看做是多个一次晶粒堆垛形成的二次球型多晶颗粒，一次晶粒之间直接接触面形成晶界，不接触的地方形成孔隙。在前驱体颗粒上施加一个不断增大的压力，颗粒受压后应力增大，在晶粒内晶格缺陷处应力不断集中，当达到应力极限时形成位错，继续施加压力，位错在晶粒内部发生滑移使位错传播生长形成滑移带，而晶界是位错运动的最大障碍之一，一个晶粒的滑移带不能穿越晶界传播到相邻的晶粒中去，要传递到相邻晶粒中必须启动相邻晶粒中的位错源产生新的滑移带。滑移带在晶粒之间传播最终使多晶颗粒破裂分解。可见增加晶界数目是提高材料抗破解性能的重要手段。另一方面材料颗粒内部适当的孔隙会为颗粒承受压力产生弹性形变时提供一定的缓冲空间，但当压力不断增大，超过屈服极限后，材料产生塑性形变直至产生位错也会使颗粒破裂。可见适当的孔隙度在颗粒受压力时可以提供一定的缓冲作用，但孔隙不是越多越好，一方面因为孔隙增多后，颗粒的重量有所下降会直接降低材料的压实密度，另一方面颗粒内部体积有限，当孔隙增加后，晶界数目则会相应的减少，反而使颗粒更容易破解。

对于多个二次多晶颗粒来说，其粒度分布也不是越集中越好，因为均匀的颗粒之间难以形成密集堆积的形式，颗粒会留有较大的孔隙，一方面会增大粉体的宏观体积，不利于压实密度的提升，另一方面在粉体受到压力后，颗粒之间的接触点较少，容易形成应力集中，不利于提高颗粒的抗压性能。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种高镍三元前驱体的制备方法及其应用，能够满足高镍前驱体对压实密度的要求，同时增加前驱体颗粒的抗破解性能。

根据本发明的一个方面，提出了一种高镍三元前驱体的制备方法，包括以下步骤：

S1：将镍盐、钴盐和锰盐配制成金属盐溶液；

S2：在惰性气氛下，加热并通入氨水，再通入碱液调节pH，然后同时通入碱液和所述金属盐溶液进行沉淀反应，得到D50为7.0～15.0μm的颗粒；