[发明专利]一种锂离子电池正极材料前驱体的制备方法及其制备系统

说明书

本发明公开了一种锂离子电池正极材料前驱体的制备方法，包括以下步骤：（1）一级反应釜中进行共沉淀反应制备前驱体晶种；将一级反应釜中制备得到的前驱体晶种加入二级反应釜中，搅拌进行共沉淀反应；（2）将二级反应釜内反应生成的前驱体料浆泵入旋流分级器中进行分级，溢流料浆回流至二级反应釜内，底流料浆从旋流分级器的沉砂口排出；收集底流料浆，经过陈化、洗涤、烘干，即得到所述前驱体。本发明还提供一种锂离子电池正极材料前驱体的制备系统。本发明方法结合了间断法与连续法的优势，所得到的前驱体粒度分布0.6‑1.2可调、且反应釜内的固含量稳定，可保证反应稳定运行。

技术领域

本发明属于电池材料领域，尤其涉及一种锂离子电池正极材料前驱体的制备方法及制备系统。

背景技术

自1991年索尼公司首次实现锂离子电池商用以来，锂离子电池技术获得飞速发展，广泛应用在移动电子设备、电动工具、电动汽车、军事等领域。随着我国、欧美主要国家和日本等国，相继将发展新能源汽车上升为国家战略，人们对动力型锂离子电池的综合性能提出了更高的要求。

动力型锂离子电池正极材料，除了要求高的比容量，安全与循环性能的重要性也日益凸显。常规连续法生产出来的前驱体，颗粒的停留时间不一致，粒度分布较宽，微细颗粒较多。当使用粒度分布宽的正极材料时，将会引起电池容量衰减和阻抗增加等问题。容量衰减主要是因为作用于颗粒的电压不均匀，在反复充放电过程中，微细颗粒被选择性劣化，导致电池高温性能与循环性能较差。粒度分布窄的正极材料，振实密度会相应降低，但是高温与循环性能会得到明显改善。

当前，行业内生产粒度分布集中的前驱体，主要采用间歇法。间歇法生产是在进料最初发生成核反应，然后一直进行颗粒生长，颗粒的停留时间基本一致，这种生产方式能得到粒度分布非常集中的前驱体产品，基本无微细颗粒，但是合成控制过程较为复杂，批次间品质稳定性较差，大粒度前驱体产品颗粒容易开裂，而且产能较低。连续式生产，成核反应与颗粒生长同时或者交替进行，颗粒的停留时间不一致，得到的前驱体产品粒度分布较宽，微细颗粒较多，但是过程控制条件基本保持稳定，产能优势明显。

可以采用径距来简单的描述前驱体粒度分布的集中性，径距值越小，粒度分布越集中。径距=（D90-D10）/D50，其中D10指累积粒度分布百分数达到10%所对应的粒径，D50指累积粒度分布百分数达到50%所对应的粒径，也叫中值粒度径，D90是指累积粒度分布百分数达到90%所对应的粒径。

专利CN203112531U公开了一种粒度分布可控的反应系统，采用单个反应釜配合旋流分级的方式，将反应釜的料浆分为大小粒度部分，小粒度返回反应釜继续生长。这种系统有两个特别明显的弊端：第一、实际控制难度极大，难以稳定运行，粒度波动大。连续法合成前驱体，对粒度的控制是通过控制pH值实现的，pH调节对粒度的影响是滞后的，pH值调节以后，一般需要较长的时间，粒度分布才会出现相应的变化，通过调节pH的方式来调节粒度分布，尤其是合成径距极窄的前驱体产品时，粒度波动会非常大，难以得到粒度分布稳定的产品。第二、旋流器沉砂口微细颗粒含量较高。由于前驱体成核与生长过程均在同一个反应釜中进行，料浆中的微细颗粒含量较高，仅依靠旋流器难以将微细颗粒完全分离。

专利CN105355902A公开了一种连续合成锂离子正极材料前驱体的制备方法。该专利同专利CN203112531U一样，成核与生长在同一个反应釜进行，这种方式不仅存在控制难度极大、难以稳定运行的缺点，而且旋流器沉砂口微细颗粒含量较高。另外，该专利主张通过旋流器重复串联的方式，来实现粒度分布的调控，采取多个旋流器串联分级的方式新增管道与设备较多，成本更高，还需新增调浆等工艺，工艺复杂性和控制难度明显增大。

发明内容