[发明专利]一种小颗粒锂离子电池正极材料前躯体、正极材料及其制备方法以及应用

说明书

本发明提供了一种小颗粒锂离子电池正极材料前躯体的制备方法。本发明提供的小颗粒锂离子电池正极材料前躯体的制备方法效率高，制备得到的前驱体的粒径小，制备得到的锂离子电池具有较高的倍率性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种小颗粒锂离子电池正极材料前躯体、正极材料及其制备方法以及应用。

背景技术

随着锂离子电池的应用范围越来越广，为了适应锂离子电池快速充放电的要求，对正极材料倍率性能的要求也越来越高。目前，正极材料前躯体的生产工艺为共沉淀法，即使用过渡金属硫酸盐和氢氧化钠/碳酸钠在反应釜中发生共沉淀反应，在反应过程中添加氨水做络合剂，得到过渡金属的氢氧化物或碳酸盐。如公开号CN101378126B的中国专利公开了一种镍锰基包钴锂离子正极材料的制备方法。先用共结晶的方法制备Ni_0.5Mn_0.5(OH)₂前躯体，然后采用梯度包覆的方式对其进行包覆钴的处理，得到y[Ni_0.5Mn_0.5(OH)₂]·(1-y)[Co(OH)₂]前躯体，其中0.2≤y≤0.8的前躯体，包覆后的前躯体经预处理后，加锂在750～1000℃烧结8～24小时，即得到镍锰基锂离子电池LiNi_0.5-xCo_2xMn_0.5-xO₂。如公开号CN104852038B的中国专利公开了一种高容量、可快速充放电锂离子电池三元正极材料的制备方法。将镍钴锰盐溶液与络合剂和沉淀剂的混合溶液在适宜条件下进行共沉淀反应得到前躯体的固液混合物；再经过滤、洗涤、真空干燥得到前躯体；最后将前躯体与锂盐粉末混合后进行分段通气烧结，得到目标产物。如公开号CN105633348A的中国专利公开了一种多层复合锂离子电池正极材料的制备方法：1)将Ni²⁺、Co²⁺、Mn²⁺化合物的溶液与络合剂、氢氧化物反应得到前躯体；将铝盐、镁盐溶液加入到前躯体混合溶液中；反应后抽滤，烘干得到多层球形多元前躯体；2)将所得前躯体与锂源化合物按摩尔比为(0.9～1.30)：1进行混合均匀后，放入高温炉中烧结，300～1000℃煅烧得到锂离子电池正极材料；3)将锂离子电池正极材料制成浆料，将锂盐与磷酸铁按摩尔比为(1～1.05)：1进行多泵循环混合均匀，干燥，煅烧后得到多层复合锂离子电池正极材料。

目前锂离子电池正极材料前躯体的制备专利中表述的，前躯体和反应溶液的分离技术都为过滤或压滤方法，制备过程中用大量的水或其他溶液进行洗涤、实现固液分离的目的。有研究报道认为，小颗粒的正极材料具有较短的锂离子迁移半径，可以提高锂离子电池的倍率性能。但是现有的前躯体制备方法使用800～1000目的滤布对前躯体悬浊液进行分离，而800目的滤布孔洞为19μm，1000目的滤布孔洞为13μm。使用大于1000目的滤布会导致前躯体颗粒堵塞滤布孔洞、液体难以排出；使用小于800目的滤布会导致粒径较小的前躯体颗粒从滤布孔洞中大量流失，造成原材料的浪费，所以这种前躯体制备方法的效率很低，尤其是难于对2～8μm粒径的前躯体进行分选。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种小颗粒锂离子电池正极材料前躯体、正极材料及其制备方法以及应用，本发明提供的小颗粒锂离子电池正极材料前躯体的制备方法效率高，制备得到的前驱体的粒径小，制备得到的锂离子电池具有较高的倍率性能。

本发明提供了一种小颗粒锂离子电池正极材料前躯体，所述正极材料前驱体表面通过亲水基团连接有疏水官能团，所述正极材料前驱体的中值粒径2≤D₅₀≤10μm、且粒径分布离散度0.6≤(D₉₀-D₁₀)/D50≤1.5。

本发明还提供了一种上述小颗粒锂离子电池正极材料前躯体的制备方法，包括以下步骤：