[发明专利]高球形度和低振实密度的三元前驱体小颗粒及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高球形度和低振实密度的三元前驱体小颗粒及其制备方法，包括以下步骤配制三元混合溶液、配制底液、共沉淀反应、陈化、分离等步骤。本发明通过控制开机条件和反应条件，增大了晶种颗粒间的碰撞频率和碰撞次数，促使小颗粒在较短的生长时间内，成型为球形度高的小颗粒，并且该方法制备的小颗粒振实密度也低，本发明制备的镍钴锰三元前驱体小颗粒的粒径为3.5‑4.5μm，振实密度为1.3g/cmsupgt;3/supgt;左右。本发明有效地解决了小颗粒在高球形度和低振实密度之间相矛盾的难题，突破了在高球形度低振实密度三元前驱体小颗粒生产上的技术壁垒。

技术领域

本发明属于三元锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种高球形度和低振实密度的三元前驱体小颗粒及其制备方法。

背景技术

三元前驱体作为三元锂离子电池正极材料的重要原材料，是三元正极材料的核心所在，它的任何一个物理化学指标都会影响三元锂离子电池的最终性能。现有的成熟技术中，共沉淀法是制备三元前驱体的主要方法，通过在反应过程中对多种参数进行调整，来控制三元前驱体的物理化学性质。其中，前驱体产品的球形度直接影响到产品的振实密度，从而影响到正极材料的电化学性能。因为三元锂离子电池根据形貌可以分为单晶和多晶两个方向。单晶相对于多晶而言，循环寿命高，不易破碎，物化性能更为稳定。但如果单晶三元小颗粒前驱体的球形度差，会影响单晶正极材料的烧结均匀性，进而会影响电池的均匀性；同时还会影响单晶正极材料的安全性，提高加工成本。而球形度往往与振实密度成正比，因此想要高球形度低振实密度的三元前驱体小颗粒是一个难点，也是亟需突破的一个研究热点。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种能同时满足高球形度和低振实密度的三元前驱体小颗粒及其制备方法，突破了在高球形度低振实密度三元前驱体小颗粒生产上的技术壁垒。本发明具体包括以下内容：

一种高球形度和低振实密度的三元前驱体小颗粒的制备方法，包括以下步骤：

(1)配制三元混合溶液：用镍、钴、锰的可溶性盐配制一定浓度的三元混合溶液；

(2)配制底液：将一定量的纯水、液碱和氨水溶液加入到反应釜中，并加热至40-65℃(例如42℃、45℃、48℃、50℃、52℃、54℃、58℃、60℃、62℃等)，通入一定流量的氮气，搅拌均匀，配制成pH值为11.5-12.5(例如11.6、11.8、12.0、12.2、12.4等)、氨浓度为5-15g/L(例如6g/L、8g/L、10g/L、12g/L、14g/L等)、碱浓度为13-23g/L(例如14g/L、16g/L、18g/L、20g/L、22g/L等)的底液；

(3)共沉淀反应：将步骤(1)配制的三元混合溶液以一定的速率加入到步骤(2)所述的反应釜中，进行共沉淀反应；在共沉淀反应初期，通过控制碱和氨加入反应釜的速率，使反应釜中反应体系的pH值控制在11.6-12.5(例如11.7、11.8、12.0、12.2、12.4等)，氨浓度控制在4-12g/L(例如5g/L、6g/L、8g/L、10g/L、11g/L等)，碱浓度控制在10-23g/L(例如11g/L、13g/L、15g/L、18g/L、20g/L等)；在共沉淀反应后期，通过调节碱和氨加入反应釜的速率，使反应釜中反应体系的pH值快速稳定控制在10.6-11.4(例如10.7、10.8、11.0、11.2等)，氨浓度控制在4-10g/L(例如5g/L、6g/L、7g/L、8g/L、9g/L等)，总碱度控制在13-20g/L(例如14g/L、15g/L、16g/L、18g/L、19g/L等)；

(4)陈化：当反应釜中的颗粒粒径达到一定的尺寸时，停止向反应釜中进料，并将反应釜中的反应体系排入到陈化槽中进行陈化；

(5)分离：待陈化结束后，将陈化槽中的物料进行固液分离、洗涤、干燥、除铁，得到三元前驱体成品。

优选的，步骤(1)所述的镍、钴、锰的可溶性盐分别为NiSO₄、CoSO₄、MnSO₄。