[发明专利]半定型正极材料前驱体的制备方法及制得的正极材料前驱体、正极材料、锂离子电池和应用

说明书

本发明公开了一种半定型正极材料前驱体的制备方法及制得的正极材料前驱体、正极材料、锂离子电池和应用，涉及正极材料技术领域。方法包括：向含有底液的反应装置底部和溢流口处通入保护气体，先并流加入混合盐溶液和络合剂溶液，再加入沉淀剂溶液混合反应，得到前驱体；底液包括水、碱金属氢氧化物和分散剂；反应参数：pH 10.0‑12.0，温度30‑60℃，速度200‑600r/min，进料总量100‑500L/h以及OH^‑浓度5‑15g/L。本发明方法能够保证元素在原子水平上均匀混合，不会发生元素偏析现象，得到的前驱体晶体颗粒性能稳定，焙烧成正极材料后在高温充放电循环过程结构也能保持稳定，容量不会衰减。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，具体而言，涉及一种半定型正极材料前驱体的制备方法及制得的正极材料前驱体、正极材料、锂离子电池和应用。

背景技术

三元正极材料凭借着其高比容量、低成本、长循环寿命以及可重复回收利用等优势，被广泛应用在3C数码、电动工具等领域，近年来随着电动汽车的快速发展，三元材料也被广泛应用在动力电池领域。现阶段，国内三元材料行业竞争激烈，产品更新换代速度较快，过去锂电消费市场使用较多的3C数码类的NCM111和NCM523三元材料正面临高能量密度、低成本更新换代的尴尬局面，市场上部分商家开始力推高能量密度且低成本的中镍型NCM622和高镍型NCM811、NCA等三元材料。由于镍钴铝在高温下结构不稳定，导致高温安全性差，且pH值过高易使单体胀气，进而容易引发危险，目前国内的环境还不具备产业化的条件，因此高镍NCM是动力电池行业产业化的主流方向。

前驱体在三元材料产业链中占据重要位置，具有较高的技术壁垒，并对三元材料的品质有重要影响，由于三元前驱体是一种技术难度较高且需要定制化的中间体，而前驱体研发和正极材料研发需要有良好的协同机制才能够实现高能量的输出，因此提高共沉淀法制备三元前驱体的工艺技术，有利于企业在高端三元材料领域占据先发优势，提高核心竞争力。

目前制备高镍三元材料前驱体的工艺均为定型工艺(制备出的前驱体具有一定形状)，以这种工艺制备的高镍三元材料在充放电循环过程中，由于三元材料内部的相变和Li含量的变化，会引起晶体的膨胀，导致了颗粒表面裂纹的产生，这就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。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种半定型正极材料前驱体的制备方法，能够缓解上述问题中的至少一个。

本发明的目的之二在于提供一种采用上述半定型正极材料前驱体的制备方法制得的正极材料前驱体，形貌呈类球形，类球形晶体颗粒性能稳定，一致性好，焙烧单晶后尺寸更均一。

本发明的目的之三在于提供一种采用上述正极材料前驱体制得的正极材料，该正极材料在高温充放电循环过程中结构能保持稳定，容量衰减少。

本发明的目的之四在于提供一种采用上述正极材料制得的锂离子电池，具有与上述正极材料相同的优势。

本发明的目的之五在于提供一种上述锂离子电池在电子设备、电动工具或电动车辆中的应用。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

第一方面，提供了一种半定型正极材料前驱体的制备方法，包括以下步骤：

向含有底液的反应装置中通入保护气体，然后先并流加入混合盐溶液和络合剂溶液，再加入沉淀剂溶液混合反应，得到半定型正极材料前驱体；