[发明专利]窄粒径分布的三元前驱体的制备方法

说明书

本发明提供了一种窄粒径分布的三元前驱体的制备方法，包括如下步骤，配置溶液：按照预定的摩尔比例配置镍离子、钴离子和M离子的混合溶液A、第一强碱性溶液B1和第一络合剂溶液C1；配置底液：向反应装置中加入纯水、第二强碱性溶液B2和第二络合剂溶液C2；成核和生长阶段：成核结束后，继续将所述混合溶液A、所述第一强碱性溶液B1和所述第一络合剂溶液C1按预定比例同时加入反应装置中，使晶核继续生长，期间在反应装置中的溶液到达或低于所述反应装置的满液位时，进行提浓处理，使滤清液排出反应装置外，晶核继续留在反应装置内生长，直至晶核生长至目标粒度。

技术领域

本发明属于新能源材料领域，具体而言，涉及窄粒径分布的三元前驱体的制备方法。

背景技术

锂离子电池在电动汽车应用市场发展迅猛，开发具有高比能量密度的锂离子电池，降低动力电池成本以提升新能源汽车对燃油汽车的竞争力，已成为当前迫切需求。三元正极材料具有比磷酸铁锂材料更高的可逆容量和电压平台，比钴酸锂材料明显的成本优势，成为当前电动乘用车的主要选择方案。

在电池充放电过程中，三元正极材料中过于小的颗粒与电解液有更大的接触面积，且锂离子在颗粒内部迁移距离短，因而在正常充放电过程中容易造成过充、过放，而过于大的颗粒则相反，充放电不充分容易造成电池容量发挥低于预期。而窄粒径分布的三元材料不仅能够减少过充、过放可能引起的安全问题和电池失效问题，有利于降低电池极化，提升电池安全性，还能够明显提升制浆的稳定性和涂布的均匀性，进而提升电池的循环寿命。三元前驱体是生产三元正极的关键性材料，其通过与锂源混合烧结制成三元正极材料，三元前驱体的粒径分布直接决定三元正极材料的粒径分布，因此，制备窄粒径分布的三元前驱体对于提升电池综合性能具有十分重要的意义。

目前，三元前驱体的制备过程中，通用的方法均为“两步法”。如CN110550667A中所公开：在晶种釜中反应后，用泵分别打入若干个反应釜中，在若干个反应釜中，分别单独反应，待若干个反应釜内液体到溢流口时，溢流到对应的中间罐，从中间罐用泵打入提浓罐，提浓罐内滤芯孔径为0.01-0.5um，将浆料中的固体颗粒过滤，清液从出清口排出，过滤后的物料回流到若干个反应釜中，使若干个反应釜中的固体含量能升高到300-900g/L，粒径达到目标值后，反应结束，将固液分离，用去离子水洗涤固液分离所得的正极材料前驱体，最后进行干燥处理，即制备得到所述锂离子电池前驱体。又如CN110600683A中所公开：将金属盐溶液、液碱、氨水通过计量泵均匀加入反应釜中，反应釜料液满后通过溢流口流入陈化槽中，陈化槽中浆料通过气动隔膜泵打入提浓机中，提浓机通过内部滤芯管道将部分清液排出，形成的浓浆回流至反应釜中，整个过程中陈化槽液位保持相对稳定值，高于稳定液位的物料通过气动隔膜泵抽往离心机洗涤。

采用中间罐，提浓罐等方式对溢流液进行沉降后，再采用泵输送至反应釜中继续长大，一方面会导致部分三元晶核粒子在泵管中进行输送时，相互挤压，破坏前驱体表面形貌或者挤破前驱体球体；另一方面进入中间罐或提浓罐的这一部分三元晶核粒子在离开初始反应体系后，再重新进入反应釜进行反应时，会导致生长不均匀，得到的三元前驱体颗粒大小不均一的情况产生，而三元前驱体材料的粒径分布会直接影响电池的寿命等关键性能。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提供了一种窄粒径分布的三元前驱体。本发明的第二个目的在于提供了一种窄粒径分布的三元前驱体的制备方法。本发明的第三个目的在于提供了一种窄粒径分布的三元前驱体的反应装置，用于制备该窄粒径分布的三元前驱体的反应装置，对粒径分布的控制精准，适合间歇式连续生产过程，能够实现窄粒径分布的三元前驱体的连续化生产。

需要说明的是，本发明中，窄粒径分布的三元前驱体是指粒径分布集中度高，粒径分布范围较窄，本领域技术人员能够理解并清楚所指。例如在本发明中的一些实施方式是指，激光粒度测试时，只有一个波峰，且波峰体积密度在15％及以上。

本发明所采取的技术方案是：