窄粒径分布的三元前驱体制造技术

本发明专利技术公开了一种窄粒径分布的三元前驱体，所述三元前驱体的化学组成为Ni

【技术实现步骤摘要】
窄粒径分布的三元前驱体
本专利技术属于新能源材料领域，具体而言，涉及窄粒径分布的三元前驱体。
技术介绍
锂离子电池在电动汽车应用市场发展迅猛，开发具有高比能量密度的锂离子电池，降低动力电池成本以提升新能源汽车对燃油汽车的竞争力，已成为当前迫切需求。三元正极材料具有比磷酸铁锂材料更高的可逆容量和电压平台，和比钴酸锂材料具有更明显的成本优势，成为当前电动乘用车的主要选择方案。在电池充放电过程中，三元正极材料中过于小的颗粒与电解液有更大的接触面积，且锂离子在颗粒内部迁移距离短，因而在正常充放电过程中容易造成过充、过放，而过于大的颗粒则相反，充放电不充分容易造成电池容量发挥低于预期。而窄粒径分布的三元材料不仅能够减少过充、过放可能引起的安全问题和电池失效问题，有利于降低电池极化，提升电池安全性，还能够明显提升制浆的稳定性和涂布的均匀性，进而提升电池的循环寿命。三元前驱体是生产三元正极的关键性材料，其通过与锂源混合后烧结制成三元正极材料，三元前驱体的粒径分布直接决定三元正极材料的粒径分布，因此，制备窄粒径分布的三元前驱体对于提升电池综合性能具有十分重要的意义。目前，三元前驱体的制备过程中，通用的方法均为“两步法”。如CN110550667A中所公开：在晶种釜中反应后，用泵分别打入若干个反应釜中，在若干个反应釜中，分别单独反应，待若干个反应釜内液体到溢流口时，溢流到对应的中间罐，从中间罐用泵打入提浓罐，提浓罐内滤芯孔径为0.01-0.5um，将浆料中的固体颗粒过滤，清液从出清口排出，过滤后的物料回流到若干个反应釜中，使若干个反应釜中的固体含量能升高到300-900g/L，粒径达到目标值后，反应结束，将固液分离，用去离子水洗涤固液分离所得的正极材料前驱体，最后进行干燥处理，即制备得到所述锂离子电池前驱体。又如CN110600683A中所公开：将金属盐溶液、液碱、氨水通过计量泵均匀加入反应釜中，反应釜料液满后通过溢流口流入陈化槽中，陈化槽中浆料通过气动隔膜泵打入提浓机中，提浓机通过内部滤芯管道将部分清液排出，形成的浓浆回流至反应釜中，整个过程中陈化槽液位保持相对稳定值，高于稳定液位的物料通过气动隔膜泵抽往离心机洗涤。采用中间罐，提浓罐等方式对溢流液进行沉降后，再采用泵输送至反应釜中继续长大，一方面会导致部分三元晶核粒子在泵管中进行输送时，相互挤压，破坏前驱体表面形貌或者挤破前驱体球体；另一方面进入中间罐或提浓罐的这一部分三元晶核粒子在离开初始反应体系后，再重新进入反应釜进行反应时，会导致生长不均匀，得到的三元前驱体颗粒大小不均一的情况产生，而三元前驱体材料的粒径分布会直接影响电池的寿命等关键性能。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提供了一种窄粒径分布的三元前驱体。本专利技术的第二目的在于提供了该窄粒径分布的三元前驱体的制备方法。本专利技术的第三个目的在于提供了该窄粒径分布的三元前驱体的反应装置，用于制备该窄粒径分布的三元前驱体的反应装置，对粒径分布的控制精准，适合间歇式连续生产过程，能够实现窄粒径分布的三元前驱体的连续化生产。需要说明的是，本专利技术中，窄粒径分布的三元前驱体是指粒径分布集中度高，粒径分布范围较窄，本领域技术人员能够理解并清楚所指。例如在本专利技术中的一些实施方式是指，激光粒度测试时，只有一个波峰，且波峰体积密度在15％及以上。本专利技术所采取的技术方案是：第一方面，本专利技术提供了一种窄粒径分布的三元前驱体，所述三元前驱体的化学组成为NixCoyM1-x-y(OH)2，其中，0.40≤x≤0.98，0.02≤y≤0.3，x+y＜1。在本专利技术的一些实施方式中，所述三元前驱体的D50介于3～18μm之间，且粒径满足0.15≤(D90-D10)/D50≤1.1。在本专利技术的另一些实施方式中，所述三元前驱体的D50介于3～18μm之间，且粒径满足0.75≤(D90-D10)/D50≤1.0。在本专利技术的一些实施方式中，M为Mn、A1、Zr、Ti中的一种或多种的混合。在本专利技术的一些实施方式中，所述M为Mn或Al中的一种。在本专利技术的一些实施方式中，所述化学组成为NixCoyM1-x-y(OH)2的三元前驱体，按照如下制备方法获得：配置溶液，按照预定的摩尔比例配置镍离子、钴离子和M离子的混合溶液A、第一强碱性溶液B1和第一络合剂溶液C1；配置底液：向反应装置中加入纯水、第二强碱性溶液B2和第二络合剂溶液C2；成核阶段：把所述混合溶液A、所述第一强碱性溶液B1和所述第一络合剂溶液C1按照预定比例同时加入反应装置中，充分反应形成晶核；生长阶段：成核结束后，继续将所述混合溶液A、所述第一强碱性溶液B1和所述第一络合剂溶液C1按预定比例同时加入反应装置中，使晶核继续生长，期间在反应装置中的溶液到达或低于所述反应装置的满液位时，进行提浓处理，使滤清液排出反应装置外，晶核继续留在反应装置内生长，直至晶核生长至目标粒度；后处理阶段：当反应装置内晶核生长至目标粒度后，停止进料，进行固液分离、纯水洗涤、烘干，即获得窄粒径分布的三元前驱体。第二方面，本专利技术还提供了窄粒径分布的三元前驱体的制备方法，包括如下步骤，配置溶液：按照预定的摩尔比例配置镍离子、钴离子和M离子的混合溶液A、第一强碱性溶液B1和第一络合剂溶液C1；配置底液：向反应装置中加入纯水、第二强碱性溶液B2和第二络合剂溶液C2；成核阶段：把所述混合溶液A、所述第一强碱性溶液B1和所述第一络合剂溶液C1按照预定比例同时加入反应装置中，充分反应形成晶核；生长阶段：成核结束后，继续将所述混合溶液A、所述第一强碱性溶液B1和所述第一络合剂溶液C1按预定比例同时加入反应装置中，使晶核继续生长，期间在反应装置中的溶液到达或低于所述反应装置的满液位时，进行提浓处理，使滤清液排出反应装置外，晶核继续留在反应装置内生长，直至晶核生长至目标粒度；后处理阶段：当反应装置内晶核生长至目标粒度后，停止进料，进行固液分离、纯水洗涤、烘干，即获得窄粒径分布的三元前驱体。在本专利技术的一些实施方式中，进行提浓处理时，优选反应装置中的溶液到达所述反应装置的满液位时进行提浓处理，以提高所述反应装置容积利用效率，提高生产效率。在本专利技术的一些实施方式中，所述混合溶液A中镍离子、钴离子和M离子的摩尔比可以根据实际需要进行相应的调整，本申请对此不做具体限定。具体地，在本专利技术的一些实施方式中，步骤成核阶段中，把所述混合溶液A、所述第一强碱性溶液B1和所述第一络合剂溶液C1按照预定比例同时加入反应装置中是指将所述混合溶液A、所述第一强碱性溶液B1和所述第一络合剂溶液C1以预定的速度同时向所述反应装置中连续加入。在本专利技术的实施方式中，所述第一络合剂为氨水，并且所述氨水的氨根浓度为1.0～12.0mol/L。连续加入所述氨水的时间可以控制在1-5小时之间。在本专利技术其它的实施方式中，所述第一络合剂还可以为硫酸铵、乙二胺四乙酸(EDTA)、碳酸氢钠和草酸中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.窄粒径分布的三元前驱体，其特征在于：所述三元前驱体组成为Ni

【技术特征摘要】
1.窄粒径分布的三元前驱体，其特征在于：所述三元前驱体组成为NixCoyM1-x-y(OH)2，其中，0.40≤x≤0.98，0.02≤y≤0.3，x+y＜1。


2.根据权利要求1所述的窄粒径分布的三元前驱体，其特征在于，所述三元前驱体的D50介于3～18μm之间，且粒径满足0.15≤(D90-D10)/D50≤1.1。


3.根据权利要求1或2所述的窄粒径分布的三元前驱体，其特征在于：M为Mn、A1、Zr、Ti中的一种或多种的混合。


4.根据权利要求3所述的窄粒径分布的三元前驱体，其特征在于：所述M为Mn或Al中的一种。


5.根据权利要求4所述的窄粒径分布的三元前驱体，其特征在于：所述化学组成为NixCoyM1-x-y(OH)2的三元前驱体，按照如下制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗爱平，吴芳，
申请(专利权)人：广东芳源环保股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44