[发明专利]电池正极材料前驱体和电池正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及电池领域，公开了一种电池正极材料前驱体和电池正极材料及其制备方法和应用。电池正极材料前驱体的制备方法包括：(1)将金属源、沉淀剂、络合剂和溶剂混合；(2)将步骤(1)混合得到的物料进行高温转化，所述高温转化的温度为60‑300℃；(3)将步骤(2)高温转化得到的物料进行固液分离；其中，所述金属源包括镍源、钴源、锰源和铝源中的至少一种。本发明提供的制备方法具有工艺操作简单、绿色环保的特点，制备得到的电池正极材料前驱体晶体结构完整性好、球形度好，通过高温固相反应合成电池正极材料，应用于锂离子电池中，放电比容量较高。

技术领域

本发明涉及电池领域，具体涉及电池正极材料前驱体和电池正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池具有能量密度大、输出电压高、自放电小、循环性能优异、无记忆效应等优点，广泛应用于便携式电子产品、电动工具和电动汽车等领域。尤其近年来各国政府出台的新能源汽车推广政策不断升级，催生了动力型锂离子电池的爆发式发展。

正极材料是锂离子电池的关键核心部件，它不仅决定了锂离子电池的能量密度等关键核心指标，同时占整个电池约40％的成本。随着人们对电动汽车续航里程要求的不断提升，具有更高能量密度的三元正极材料逐渐成为主流的乘用车用正极材料。

目前三元正极材料的合成方法包括高温固相法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、喷雾干燥法、燃烧法等。其中，通过共沉淀方法制备前驱体材料，然后与锂盐通过高温固相反应合成三元正极材料是工业上主要采用的生产方法。共沉淀法通过过程工艺参数的调控，可以获得球形度好、振实密度高的前驱体材料，并且可以实现前驱体中金属元素组分达到原子级别均匀混合的程度。

共沉淀制备前驱体的工艺过程一般是将金属盐混合溶液、络合剂和沉淀剂按照一定的比例同时并流缓慢滴加到反应釜中进行反应，直到前驱体的尺寸达到预设值，如专利申请CN107915263A公开了采用共沉淀制备三元正极材料前驱体的方法，采用镍钴锰的金属混合溶液为原料，反应釜提前加入特别的反应底液，将金属盐溶液、络合剂氨水、沉淀剂氢氧化钠按照化学计量比，并流加入反应釜中，温度控制在20-60℃，pH控制在11-12，转速采用200-500r/min，整个反应在N₂保护下进行，得到了尺寸在3.5-4.0μm的前驱体材料。其公开的工艺存在污染大、工艺过程控制难度大、前驱体的晶体结构完整性较差的缺陷。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的正极材料前驱体制备过程中存在的污染大、工艺过程控制难度大、前驱体的晶体结构完整性较差的缺陷，提供一种电池正极材料前驱体及其制备方法和应用，一种电池正极材料及其制备方法和应用。本发明提供的电池正极材料前驱体的制备方法工艺操作简单、绿色环保，且制得的电池正极材料前驱体的晶体结构完整，将其用于锂离子电池中，放电比容量较高。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种电池正极材料前驱体的制备方法，该方法包括：

(1)将金属源、沉淀剂、络合剂和溶剂混合；

(2)将步骤(1)混合得到的物料进行高温转化，所述高温转化的温度为60-300℃；

(3)将步骤(2)高温转化得到的物料进行固液分离；

其中，所述金属源包括镍源、钴源、锰源和铝源中的至少一种。

优选地，步骤(1)所述混合包括：

a)将金属源溶液与沉淀剂溶液进行第一混合；

b)将步骤a)第一混合得到的物料与络合剂进行第二混合。

优选地，所述络合剂与以金属元素计的金属源的摩尔比为0.01-5：1，进一步优选为0.01-0.2：1。

优选地，所述高温转化的温度为60-160℃，进一步优选为70-160℃。