[发明专利]一种三元正极材料前驱体的制备方法

说明书

本发明公开了一种三元正极材料前驱体的制备方法，通过针对性调整共沉淀反应过程中反应物的添加时间、添加量和反应条件，使制备得到的三元正极材料前驱体颗粒大小更均匀，粒径分布更窄，用其制备得到的三元正极材料的循环性更好，对提高锂离子电池的性能具有积极作用，且该制备方法简单、可靠、成本低廉，适合三元正极材料前驱体的大规模、商业化生产。

技术领域

发明涉及锂离子电池正极材料，特别涉及一种三元正极材料前驱体的制备方法。

背景技术

锂离子电池由于其高能量密度、安全性能较佳和成本较低等优点，为目前最重要的电化学二次电池。在锂离子电池中，由于正极材料为锂离子电池的唯一锂源，所以，正极材料的性能对锂离子电池的性能起到关键作用。在目前商业化正极材料LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄、LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂（三元正极材料），由于，三元正极材料具有相对较佳的综合性能，所以，在未来2-3年内，三元正极材料有可能成为动力型电池的最主要正极材料。

目前，三元正极材料合成工艺为：先由共沉淀法制备出三元正极材料前驱体（Ni_1-x-yCo_xMn_y(OH)₂）；再将三元正极材料前驱体混入锂源，煅烧后得到三元正极材料。在该工艺中，Ni_1-x-yCo_xMn_y(OH)₂的物化性能对三元正极材料的物化性能的影响极大。尤其是，三元正极材料前驱体的均匀性（粒径分布）对三元正极材料的循环性能影响较大，三元正极材料前驱体的粒径分布越窄，得到的三元正极材料的颗粒越均匀，在充放电过程中，每个三元正极材料颗粒的脱锂/嵌锂程度更趋于一致，从而三元正极材料的循环性就更好。因此，获得的三元正极材料前驱体的粒径分布越窄（均匀性高），越有利于提升三元正极材料的循环性能。为了获得粒径分布更窄的三元正极材料前驱体，目前一般根据粒径对三元正极材料前驱体进行二次分级的方法，但该方法需要额外的分级设备和对应的工艺，造成生产成本的增加；此外，在共沉淀反应过程中添加表面活性剂也能够提高所制备的三元正极材料前驱体的均匀性，但表面活性剂的添加同样会导致成本的增加（包括表面活性剂的成本及后续废水处理的成本）。

发明内容

本发明的目的在于克服现有共沉淀方法制备得到的三元正极材料前驱体粒径分布较宽的缺陷，提出了一种三元正极材料前驱体的制备方法。该方法通过针对性调整共沉淀反应过程中反应物的添加时间、添加量和反应条件，使得到的三元正极材料前驱体粒径分布更窄，用其制备得到的三元正极材料的循环性更好，对提高锂离子电池的性能具有积极作用。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种三元正极材料前驱体的制备方法，包括以下步骤：

（1）亚微米级颗粒的制备：将过渡金属盐溶液和氢氧化物溶液在惰性气体保护、pH值为8-12、温度为25-60℃的条件下进行共沉淀反应1-3h，得到含有亚微米级颗粒的混合溶液；

（2）三元正极材料前驱体的制备：在步骤（1）制备得到的混合溶液中加入氨水，得到反应溶液，并在反应溶液中继续加入过渡金属盐溶液和氢氧化物溶液，在惰性气体保护、pH值为10-12、温度为30-80℃的条件下进行共沉淀反应15-30h，经过滤、洗涤和干燥得到三元正极材料前驱体。

本发明一种三元正极材料前驱体的制备方法，利用反应条件对共沉淀反应产物物化性能的影响，先通过控制共沉淀反应的温度、pH值和时间，生成分散性更好的亚微米级颗粒，从而减少颗粒间的黏连和团聚现象的发生；再利用氨水能促进共沉淀反应的作用，通过控制反应温度、pH值和时间，将亚微米级颗粒作为成核剂，平稳、快速的生成三元正极材料前驱体，得到三元正极材料前驱体颗粒形状更规则，大小更均匀，粒径分布更窄；且该方法简单、可靠、成本低廉，适合三元正极材料前驱体的大规模、商业化生产。