[发明专利]一种锂电池用多生共团聚前驱体的制备方法及前驱体

说明书

本发明公开了一种锂电池用多生共团聚前驱体的制备方法及前驱体，所述合成方法包括以下步骤：首先利用A釜在高pH、低氨浓度、微氧含量和高搅拌速率条件下生成大量1‑1.5µm的单个微小颗粒，然后导入B釜，在低pH、高氨浓度、低搅拌速率、无氧条件下，实现3‑6个小颗粒间的可控团聚，再由B釜导入A釜，在低pH值、低氨浓度、中搅拌速率的无氧条件下，实现二次团聚颗粒的生长。本发明方法制备的前驱体可有效降低烧成单晶正极的温度，节省生产成本，同时可减少锂镍混排等晶体结构缺陷，拥有更好的容量、倍率及循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料领域，具体涉及一种锂离子电池用多生共团聚前驱体的制备方法及前驱体。

背景技术

锂离子电池作为一种新型的绿色电源，已广泛的应用于3C数码电子产品、电动工具、电动车、储能等领域。三元正极材料是目前各大企业竞相开发的热点，而三元前驱体对于正极材料的性能有着至关重要的影响。

目前大部分正极材料为由大量单晶小颗粒团聚成的多晶二次颗粒，多晶二次颗粒由于三元材料内部的相变和Li含量的变化，容易引起晶体的膨胀收缩，导致颗粒表面裂纹的产生，促使材料内部的过渡金属元素溶解，电解液被氧化，正极界面膜的产生和生长。过渡金属元素在负极表面析出会破坏负极表面的SEI膜，从而导致三元材料在循环过程中容量衰降和电压衰降，在长期的循环中，由于颗粒内部的相变的累积，也会造成材料颗粒的应力逐渐增加，影响材料的长期循环稳定性和电池的安全性。

因此，如何保证正极材料具有优异的容量和倍率性能，又拥有良好的循环性能，成为材料开发的一个难题。

发明内容

为克服现有技术存在的难题，本发明提出了一种锂离子电池用多生共团聚前驱体的制备方法，所述方法采用分步可控团聚技术，在A釜生成大量1.5-2μm的单个小颗粒，导入B釜再控制3-6个小颗粒团聚成类球型大颗粒，最后重新导入A釜控制团聚体颗粒的生长得到目标粒径的前驱体。

本发明的另一目的在于提供前述方法制备的前驱体，其可以在更低的温度下烧结成容量高、循环和倍率性能好的单晶正极。

为实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案：

一种锂电池用多生共团聚前驱体的制备方法，包括以下步骤：

1)配制反应底液：将碱液、络合剂和纯水加入反应釜A，持续通入氧气和氮气的混合气体4-10小时，配置成高pH值、低氨浓度和微氧含量的反应底液；

2)造籽阶段：用计量泵将金属盐溶液、碱液和氨水加入到反应底液中，采用高pH值、低氨浓度、高搅拌速率的反应条件，并持续通入氧气和氮气的混合气体，快速生成大量1-1.5μm的单个微小颗粒；

3)可控团聚阶段：将浆料从反应釜A导入反应釜B，向反应釜B通入高纯氮气0.5-2h除去氧，用计量泵将金属盐溶液，碱液和氨水加入反应釜B，采用低pH值、高氨浓度、低搅拌速率的反应条件，并持续通入高纯氮气，实现3-6个小颗粒间的可控团聚；

4)生长阶段：将浆料从反应釜B导入反应釜A，持续向反应釜A通入高纯氮气，用计量泵将金属盐溶液，碱液和氨水加入反应釜A，采用低pH值、低氨浓度、中搅拌速率实现二次团聚颗粒的生长，至目标粒径后，离心、洗涤、干燥得到前驱体产品。

在一个具体的实施方案中，所述pH值范围：9.5≤低pH值＜11.0，11.0≤高pH值≤12.0；所述氨浓度范围：0.35mol/L≤高氨浓度≤0.6mol/L，0.1mol/L≤低氨浓度＜0.35mol/L；所述搅拌速率范围为：600≤高搅拌速率≤800rpm，400≤中搅拌速率＜600rpm，100≤低搅拌速率＜400rpm；所述氧气和氮气的混合气体中，氧气体积占比为5％-10％，所述高纯氮气纯度＞99.9％。