[发明专利]一种三元材料前驱体制备方法及其制备的材料

说明书

本发明提供了一种三元材料前驱体制备方法及其制得的三元材料前驱体。配置一定浓度的镍钴锰硫酸盐溶液，氢氧化钠溶液，氨水，通入具有以氨水为底液的反应釜中，镍钴锰硫酸盐和氨水络合后最终和氢氧化钠反应生成镍钴锰氢氧化物沉淀。控制如反应釜温度，反应保护气体的成分，反应PH、反应原料的进料速度等反应条件实现三元材料前驱体粒径、形貌可控。通过将三种不同目标粒径的镍钴锰氢氧化物沉淀在陈化釜内搅拌混合后进行洗涤、干燥、筛分得到目标具有高振实密度的三元材料前驱体，高振实密度指筛分通过筛网目数为200‑450目316L不锈钢筛网。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法及其制备的材料，特别是一种三元材料前驱体的制备方法及其制备的材料。

背景技术

随着锂电池行业的快速发展，具有更高能量密度的正极材料近年来逐渐受到国内各家正极材料企业的青睐。为满足镍钴锰三元材料未来在动力市场的应用，NCM镍钴锰酸锂三元材料的发展方向将趋于提高电池的充电电压和材料的压实密度的方向发展，同时镍钴锰三元材料的压实密度和其对应的前驱体的振实密度呈现高度的相关性，而具备高压实密度的多晶系列的三元材料将会是后期锂电正极材料行业争相研究的重点。

现阶段制备镍钴锰三元前驱体的主要工艺有两种，其一为间歇工艺：主要分为两步，第一步将镍钴锰固体盐配置成一定浓度、比例的混合溶液，将混合溶液与沉淀剂、络合剂共沉淀结晶，通过排清提固的模式控制晶体达到目标粒度，第二步对结晶浆料进行陈化、洗涤、干燥、过筛、除铁等工序得到镍钴锰氢氧化物前驱体，即三元正极材料前驱体。

其二为连续工艺,合成方法与间歇工艺类似，得到目标浆料后处理与间歇工艺相同；但其最大的特点是合成段，采取溢流的方式，通过调节反应浆液的PH维持浆料的D50在制定的范围内波动，从而得到比间歇工艺具有更宽径距以及更高振实密度的前驱体。

以上两种工艺虽被当前国内的厂家广泛的使用，但是由于工艺的限制，通过调节设备的参数以及控制的方法，虽能提高的前驱体的振实密度，但是结果非常有限，而连续工艺生产的前驱体特性，由于工艺的问题会存在大量的细粉，烧结正极材料时的会导致过烧，在部分企业的认可度上偏差。

发明内容

本发明提供了一种三元材料前驱体及制备方法，可以有效解决上述问题。

本发明是这样实现的：

一种三元材料前驱体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1反应开始前，在反应釜内调配反应底液，用一定体积及浓度的氨水作为反应底液，同时调节底液的PH为11.5-13，反应釜底液保持长通氮气作为保护气；

S2将浓度为1.0-2.2mol/L镍钴锰三种金属的硫酸溶液，4-10mol/L氢氧化钠溶液通入具有所述氨水作为底液的反应釜中，根据晶体成核目标粒径形貌要求控制相应反应条件得到一次颗粒形貌一致的三元材料前驱体，即控制所述氮气的进气流量，控制所述镍钴锰溶液进料流量，控制所述氢氧化钠溶液进料流量，控制反应PH为11.5-13，控制反应釜转速，在一定恒定温度下生成三元前驱体晶核，即镍钴锰硫酸盐溶液和氨水络合，最终和氢氧化钠反应镍钴锰氢氧化物，该阶段为造核阶段；

S3开通连接反应釜的提固槽，降低反应PH至9-11.5，所述反应釜中长通入氮气以及预先经过除碳装置处理的空气作为保护气，控制所述保护气的流量，调整镍钴锰硫酸盐的浓度、进料流量，控制目标粒径浆料固含量，使目标粒径浆料固含量提高，所述三元材料前驱体晶核在恒定温度下均匀慢速生长，达到设计的目标粒径，即得到二次颗粒，该阶段为提固生长阶段；

S4所述二次颗粒生长达到目标粒径则停止反应；

S5重复S1-S4得到不同目标粒径,一次颗粒形貌一致的三元材料前驱体二次颗粒；