[发明专利]窄分布三元正极材料前驱体的制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，具体提出了一种连续生产窄分布三元正极材料前驱体的方法。该方法在湿法制备三元前驱体的过程中，通过分离小颗粒物料，得到可控窄分布三元正极材料前躯体；持续利用多余的小颗粒物料，制备得到核壳结构的窄分布三元前驱体。该方法不仅在于合成窄分布三元前驱体上降低调控难度，极大的解放了繁复调控时间，还利用本会被浪费的小颗粒物料制备核壳结构前驱体，实现了循环利用、环保降本的目的；同时连续利用小颗粒物料合成的策略为设计三元前驱体内部结构提供了更开阔的方向，且制备条件简洁，成本低廉，易于产业化，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，主要涉及三元正极材料前驱体，具体涉及一种窄分布三元正极材料前驱体制备方法。

背景技术

随着全球对能源需求的不断增加，化石燃料燃烧给环境造成的污染日趋严重，清洁能源技术的开发已然刻不容缓。而锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电率小、低污染、无记忆效应等优异特性成为了二次电池研究及应用热点。锂离子电池在新能源电动汽车，数码产品，手机等领域具有广泛的应用前景，但随着电动汽车行业的不断发展，人们对能源产品(锂离子电池)的安全性、充放电比容量和循环寿命提出越来越高的要求。因此电极材料的能量密度成为了目前急需考虑的问题，而层状结构三元正极材料的粒度分布是决定电极材料能量密度的重要因素之一，考虑到正极材料对三元前躯体在结构上具有继承性，因此窄分布三元前驱体的制备也愈发受到重视。层状富镍基三元正极材料虽然具有高充放电比容量、较低价格和较小毒性等优点，被认为是最具有前途的正极材料之一，但这种材料存在首次库伦效率低、层状结构的Janh–Teller畸变等问题，使其在长循环过程中电压和容量衰减较快、倍率性能差以及体积比能量低等缺陷，严重阻碍了其实际的应用。

目前，制备窄分布的三元前驱体，主要有两种策略：其一为通过调控制备工艺，这主要考验对晶核生长以及各种条件的控制；其二为通过设计独特的设备，进行人为的分离一些大小颗粒。一些专利陆续有这方面的报道，如申请号为CN201810527537.1的专利申请介绍了不断地将前一反应过程得到的前驱体作为后一反应过程的晶种的方法制备窄分布前驱体，这种方法对晶种的制备要求较高，流程较长，延长了制备的时间。

此外，无论是上述哪种制备窄分布前驱体的方式都有存在着小颗粒浪费问题，这在如今钴、镍过渡金属资源的过渡消费的大环境下是一种奢侈。因此如何在制备出满意的产品的同时还能减少原料的浪费是目前急需考虑的问题。

目前的主要趋势是通过研发指导产线的导出方式进行新产品的开发，但这种开发周期较长，且存在着大量的研发物料的浪费，而通过使用产线上本会被浪费掉的小颗粒来研究具有更优异稳定性能的产品，这是一种性价比极高的研究方式，并能实现产线与研发同步进行，极大的节省物料和时间成本。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种连续生产粒度窄分布三元正极材料前驱体的制备方法，该方法兼顾缩窄三元前驱体粒度分布同时避免小颗粒物料的浪费。

需要说明的是，本申请中窄分布是指(D90-D10)/D50小于1。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种连续生产窄分布三元正极材料前驱体的方法，其特征在于，共沉淀合成前驱体的过程中，控制反应浆料的颗粒粒度，分离反应浆料中的大小颗粒物料，分离得到的大颗粒物料用于制备窄分布前驱体，分离得到的小颗粒物料用于合成窄分布核壳结构前驱体。

具体来说，一种连续生产窄分布三元正极材料前驱体的方法，包括以下步骤：

（1）配制不同比例的可溶性镍、钴、锰盐或可溶性铝盐的混合溶液A和混合溶液B、氢氧化钠溶液、氨水溶液；

（2）向反应釜Ⅰ中加入步骤（1）所述的氨水溶液以及氢氧化钠溶液，搅拌，调节氨浓度、pH值和温度；