[发明专利]一种单晶结构三元锂电正极前驱体材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种单晶结构三元锂电正极前驱体材料及其制备方法和应用，所述单晶结构三元锂电正极前驱体材料的制备方法包括以下步骤：(1)将混合盐溶液、络合剂及沉淀剂混合，得到前驱体溶液；(2)对步骤(1)得到的前驱体溶液进行陈化处理得到半步前驱体；(3)对步骤(2)得到的半步前驱体进行喷雾造粒干燥处理后，经筛分及胶体研磨处理，得到所述单晶结构三元锂电正极前驱体材料。使用本发明所述方法制备得到的单晶结构三元锂电正极前驱体材料，振实密度明显提高，利用其制备的三元锂电池正极材料的电池能量密度也明显提高，性能稳定，同时还改善了电池的循环性能，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料领域，涉及一种单晶结构三元锂电正极前驱体材料的制备方法及应用。

背景技术

锂离子电池电芯材料在锂离子电池的整个生产工艺中对产品的品质影响度大于30％，而三元正极前驱体材料对电池电芯材料的影响度又占到60％，可见三元正极前驱体性能的重要性。前驱体的品质(形貌、粒径、粒径分布、比表面积、杂质含量、振实密度等)直接决定了最后烧结产物的理化指标。可以这么说，三元材料60％的技术含量在前驱体工艺里面。

镍钴锰三元材料的优点就在于能量密度高、成本相对较低、循环性能优异，是目前量产的正极材料中潜力最大最有发展前景的一种。三元材料在动力电池中虽然能量密度有很大的优势，但是其安全性相对锰酸锂较差，而在实际产业化中目前主要存在的问题就在于其压实密度相对于钴酸锂偏低，导致极片能量密度不足，这些问题影响着三元动力电池运用，锂离子电池电芯材料在锂离子电池的整个生产工艺中对产品的品质影响度大于30％，而三元正极前驱体材料对电池电芯材料的影响度又占到60％，可见三元正极前驱体性能的重要性。。

CN111370683A公开了一种类单晶镍钴锰酸锂的制备方法，包括：第一步：配制过渡金属盐溶液、加入络合剂或配制络合剂溶液、配制配置pH调节溶液；第二步：制备镍钴锰金属沉淀物：将第一步配制好的各种溶液通过不同的进料管同时连续泵入到反应釜中，将装有锰盐的反应器与反应釜的进料口连接，并通保护气，加热，在该反应器中连续加入氧化剂，反应，调整保护气的流量，将反应生成的锰氧化物带入到反应釜中，控制反应釜内pH值进行沉淀反应，反应结束后得到镍钴锰金属沉淀物；第三步：预烧结制备镍钴锰前驱体；第四步：锂化烧结，得到类单晶镍钴锰酸锂正极材料。但是其操作步骤繁琐且较难控制。

CN110550668A公开了一种动力型单晶NCM622型前驱体浓缩机工艺制备方法，其包括以下步骤：(1)以可溶性盐硫酸镍、硫酸锰、硫酸钴为原料，配制一定浓度的镍钴锰硫酸盐溶液；(2)配制的镍钴锰溶液按照一定比例加入氨水组成混合溶液，氢氧化钠溶液做为沉淀剂，进行共沉淀反应，得到混合浆料；(3)在反应釜中进行反应，当固含量达到要求时，停止溢流，进行浓缩，控制粒度在2.6微米以下；(4)最后通过洗涤罐洗涤、烘干、筛分除铁包装，制得动力型单晶NCM622型前驱体。其制备前驱体的工艺简单，球形度高，表面颗粒致密，成本低廉，安全性好。但是其只能应用于制备NCM622型前驱体，制备的材料含镍量较低。

以上方案存在有操作繁琐、控制困难或制备的材料含镍量较低等问题，因此，亟需开发一种操作简单且能制备高镍材料的三元锂电正极前驱体材料的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单晶结构三元锂电正极前驱体材料的制备方法及应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将混合盐溶液、络合剂及沉淀剂泵送至反应釜得到前驱体溶液；(2)对步骤(1)得到的前驱体溶液进行陈化处理得到半步前驱体；(3)对步骤(2)得到的半步前驱体进行喷雾造粒干燥处理后，经筛分及研磨处理得到所述三元锂电正极前驱体材料。使用本发明所述方法制备的单三元锂电正极前驱体材料的振实密度明显提高，从而制备出三元锂电池正极材料的电池能量密度也明显提高，性能稳定，也改善了电池的循环性能，应用前景广阔。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种单晶结构三元锂电正极前驱体材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：