[发明专利]三元正极材料前驱体及其制备方法、自动控制进料系统和应用

说明书

本发明涉及一种三元正极材料前驱体及其制备方法、自动控制进料系统和应用。该三元正极材料前驱体的制备方法包括：将络合剂、碱性沉淀剂和三种金属盐混合，反应；通过建立共沉淀反应中碱性沉淀剂的流速和反应体系酸碱度之间的响应关系，实现了反应体系内酸碱度的相对稳定，并达到控制材料微观结构的目的。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，特别是涉及一种三元正极材料前驱体及其制备方法、自动控制进料系统和应用。

背景技术

随着全球范围内对能源需求的日益增长以及对环境问题的持续关注，三元层状正极材料因其具有能量密度高、工作温度和工作电压范围宽、无记忆效应、循环寿命长等优点，已广泛应用于数码产品及电动工具中，并且被认为是下一代电动汽车的理想电源。

镍钴锰三元正极材料(NCM)具有较高的比容量，单体电芯的能量密度相对于磷酸铁锂和锰酸锂电池而言有较大的提升。近几年，NCM动力电池的研究和产业化已在日韩已经取得了较大的进展，业内普遍认为NCM动力电池将会成为未来电动汽车的主流选择。NCM材料实际上是综合了LiCoO₂、LiNiO₂和LiMnO₂三种材料的优点，由于Ni、Co和Mn之间存在明显的协同效应，因此NCM的性能好于单一组分层状正极材料，被认为是最有应用前景的新型正极材料。另外，镍钴铝三元正极材料(NCA)由于Ni、Co和Al之间存在明显的协同效应，也具有较高的比容量，因此NCA的性能也好于单一组分层状正极材料，也吸引了研究人员的关注。

共沉淀-高温烧结法是制备三元正极材料的主流工艺，即先通过共沉淀法合成三元正极材料前驱体，再将前驱体混合锂盐后高温烧结而成，故决定三元正极材料的核心在于其前驱体。镍钴锰三元正极材料前驱体的主要成分为镍钴锰氢氧化物Ni_xCo_yMn_z(OH)₂(x+y+z＝1)，其一般是采用镍盐、钴盐、锰盐为原料，氨水为络合剂，氢氧化钠为沉淀剂，控制pH、温度、搅拌速率等关键参数在反应釜内共沉淀结晶形成。镍钴铝三元正极材料前驱体的主要成分为镍钴铝氢氧化物Ni_xCo_yAl_z(OH)₂(x+y+z＝1)，其前驱体一般是采用镍盐、钴盐、铝盐为原料，氨水为络合剂，氢氧化钠为沉淀剂，控制pH、温度、搅拌速率等关键参数在反应釜内共沉淀结晶形成。

据研究，材料的微观结构与材料的电化学性能息息相关，因此构建特定形貌的前驱体颗粒是目前研发的一大方向。而反应体系酸碱度的变化对材料的微观结构具有重要的影响，影响体系酸碱度的因素非常多，如何稳定三元正极材料前驱体反应体系酸碱度以达到调节材料微观结构的目的，是目前亟需解决的难题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种能够稳定反应体系酸碱度的三元正极材料前驱体的制备方法。

技术方案如下：

一种三元正极材料前驱体的制备方法，包括如下步骤：

将络合剂、碱性沉淀剂和三种金属盐混合，反应；

其中，三种金属盐中的三种金属元素与所述三元正极材料前驱体中预设的三种金属元素对应；

反应体系的预设酸碱度为pH_预，酸碱度允许波动的最大值为ΔpH，ΔpH≥0.01，反馈时间为Δt，所述碱性沉淀剂的预设最大流速为Vmax、正常流速为V、最小流速为Vmin，总反应时间为T；

在反应时，测量反应体系的实时酸碱度，记为PpH，计算PpH与pH_预的差值DpH；记录实时流速SV和实际累计反应时间t，t≥0；

当DpH＜0时，继续反应Δt之后，使SV调整为Vmax，继续反应；

当0≤DpH≤ΔpH时，继续反应Δt之后，使SV调整为V，继续反应；