[发明专利]一种碳酸盐前驱体及其制备方法和应用

说明书

一种碱式碳酸盐前驱体及其制备方法和应用。该前驱体的分子式为(Ni_xCo_yM_z)(CO₃)_1‑k(OH)_2k，其中M为Mn、Al、Ti、Cr、V、Sn、Zr、Fe、B及稀土元素中的一种。其制备方法包括三个步骤：1)将镍钴锰盐或镍钴铝与促生长剂混合得到溶液a；2)溶液a与沉淀剂于混合，生成固体沉淀；3)反应结束后得到的固体沉淀经过洗涤，过滤后干燥得到前驱体。该方法具有工艺简便，流程短，成本低和环保的特点。采用该工艺得到的前驱体颗粒大，粒度分布范围窄。该前驱体可应用于锂离子电池正级材料的制备。

技术领域

本发明涉及一种碳酸盐前驱体及其制备方法和应用。

背景技术

三元材料(如镍钴锰或镍钴铝)具有较高的能量密度，较好的稳定性，可用于新能源汽车动力锂离子电池正极材料。但目前，三元正极材料的中位粒径为10～15μm，不能满足高性能锂离子电池的高能量密度高压实、高电压、高循环性能的要求。

一般来说，三元正极材料的颗粒越大，其压实密度与高电压性能越好；粒度分布越窄，其加工性能越好，颗粒的电化学一致性越高。而三元正极材料的粒度及分布对其前驱体具有继承性，因而制作大颗粒窄分布的三元正极材料的关键是要先制作出粒度分布窄的大颗粒前驱体。

目前国内外生产的三元材料前驱体以氢氧化物为主，采用氨水作为络合剂，氢氧化钠作为沉淀剂的共沉淀合成工艺，该工艺的前驱体粒度小，粒度分布范围宽。

专利CN104201368A公开了一种锂电池用三元前驱体镍钴锰氢氧化物的制备方法。镍钴锰等过渡金属元素的氢氧化物沉淀的溶度积常数较小，沉淀过程中各金属离子过饱和度大，容易成核生成小颗粒，因此该方法难于制备大颗粒氢氧化物前驱体。该方法制备的镍钴锰氢氧化物前驱体的中位径大小在8～12μm，粒度小，粒度分布宽，材料性能不佳。同时，为了抑制成核速度该方法需要加大量氨水做络合剂降低溶液中的游离离子浓度从而降低过饱和度，因此环境污染严重。

专利CN106784784A公开了一种利用碳酸钠与金属盐的过程中添加成核剂，制备出了中位径为10～50μm的大颗粒三元碳酸盐前驱体。但是该专利涉及的合成方法为两段合成，即先合成1μm～7μm大小的一次颗粒在将一次颗粒与成核剂混合进行二次沉淀反应，过程繁琐，操作复杂。且该前驱体的粒度分布范围较宽，整体粒度分布都大于1，前驱体的粒度分布过宽会使得三元前驱体的锂化不均，影响材料的电化学性能。

发明内容

本发明的第一个目的为提供一种大颗粒窄分布三元碳酸盐前驱体材料。

所述前驱体有利于制备出高能量密度、高压实、高电压高循环性能锂离子正极材料。

本发明的第二个目的为提供一种工艺简便，流程短，低成本的上述前驱体材料的制备方法。

本发明的第三个目的为提供一种上述前驱体材料的应用。

本发明的第四个目的在于提供一种包含上述前驱体制备而成的正极材料。

本发明一种碳酸盐前驱体，该前驱体的分子式为(Ni_xCo_yM_z)(CO₃)_1-k(OH)_2k，其中M为Mn、Al、Ti、Cr、V、Sn、Zr、Fe、B及稀土元素中的一种或几种；其中，0≤k＜1，x+y+z＝1。

阴离子价态之和等于阳离子价态之和

该前驱体中位粒径D₅₀为20～50μm，粒径分布SPAN((D₉₀-D₁₀)/D₅₀)范围为0.1～1。

所述前驱体粒径分布范围优选为0.5～0.8。