高镍三元前驱体的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种高镍三元前驱体的制备方法及其应用，制备方法是在一定条件下同时通入碱液和金属盐溶液进行沉淀反应，得到D50为7.0～15.0μm的颗粒，再通入晶种，调节颗粒的D10降至2.0～7.0μm时，停止通入晶种，持续通入碱液和金属盐溶液，收集溢流出的物料，当颗粒粒径又生长至D50在7.0～15.0μm，重复上述加晶种的操作，持续收集溢流物料，最后将收集的物料经过洗涤、烘干、筛分得到所述高镍三元前驱体。本发明专利技术采用晶种调节粒度，使颗粒粒径保持适当的宽分布，提高了前驱体的堆积密度，采用间歇式加晶种、连续式出料的间歇

【技术实现步骤摘要】
高镍三元前驱体的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池正极材料
，具体涉及一种高镍三元前驱体的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]近年来，随着新能源电动汽车的普及，人们对电动汽车的续航里程要求也越来越高。提升续航里程的关键在于提高汽车搭载的动力电池的能量密度。在电池体系没有显著突破的当下，提高单位体积电池的容量是现在研究的重点和发展的方向。基于此，对电池正极活性材料的压实密度要求也越来越高，而正极材料的压实密度与前驱体的压实密度有着直接的联系，这就要求前驱体要具有较高的压实密度，同时在承受较大压强的情况下颗粒还要具有较高的结构强度，以免被压碎破裂而失去活性。另一方面，高镍类正极材料相对于传统材料更容易在辊压和循环过程中发生破裂分解。研究表明这种由于物理化学作用产生的材料颗粒破裂也与前驱体的物理强度有关，提高前驱体的物理抗破裂能力也有助于改善这类的材料裂解问题。
[0003]此前行业内对前驱体的压实密度并没有过多的关注，也不作为产品供货的品质指标，当前为了满足高容量的目标，在采用高镍三元材料的同时，也对高镍前驱体的压实密度和抗破解性能提出来更高的要求，传统方式生产的产品已无法满足高镍前驱体此方面的要求。
[0004]单个三元前驱体颗粒可以看做是多个一次晶粒堆垛形成的二次球型多晶颗粒，一次晶粒之间直接接触面形成晶界，不接触的地方形成孔隙。在前驱体颗粒上施加一个不断增大的压力，颗粒受压后应力增大，在晶粒内晶格缺陷处应力不断集中，当达到应力极限时形成位错，继续施加压力，位错在晶粒内部发生滑移使位错传播生长形成滑移带，而晶界是位错运动的最大障碍之一，一个晶粒的滑移带不能穿越晶界传播到相邻的晶粒中去，要传递到相邻晶粒中必须启动相邻晶粒中的位错源产生新的滑移带。滑移带在晶粒之间传播最终使多晶颗粒破裂分解。可见增加晶界数目是提高材料抗破解性能的重要手段。另一方面材料颗粒内部适当的孔隙会为颗粒承受压力产生弹性形变时提供一定的缓冲空间，但当压力不断增大，超过屈服极限后，材料产生塑性形变直至产生位错也会使颗粒破裂。可见适当的孔隙度在颗粒受压力时可以提供一定的缓冲作用，但孔隙不是越多越好，一方面因为孔隙增多后，颗粒的重量有所下降会直接降低材料的压实密度，另一方面颗粒内部体积有限，当孔隙增加后，晶界数目则会相应的减少，反而使颗粒更容易破解。
[0005]对于多个二次多晶颗粒来说，其粒度分布也不是越集中越好，因为均匀的颗粒之间难以形成密集堆积的形式，颗粒会留有较大的孔隙，一方面会增大粉体的宏观体积，不利于压实密度的提升，另一方面在粉体受到压力后，颗粒之间的接触点较少，容易形成应力集中，不利于提高颗粒的抗压性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种高镍三元前驱体的制备方法及其应用，能够满足高镍前驱体对压实密度的要求，同时增加前驱体颗粒的抗破解性能。
[0007]根据本专利技术的一个方面，提出了一种高镍三元前驱体的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1：将镍盐、钴盐和锰盐配制成金属盐溶液；
[0009]S2：在惰性气氛下，加热并通入氨水，再通入碱液调节pH，然后同时通入碱液和所述金属盐溶液进行沉淀反应，得到D50为7.0～15.0μm的颗粒；
[0010]S3：通入晶种调节所述颗粒的D10降至2.0～7.0μm时，停止通入晶种，持续通入碱液和金属盐溶液，收集溢流出的物料，当颗粒粒径又生长至D50在7.0～15.0μm，重复上述加晶种的操作，持续收集溢流物料；
[0011]S4：将收集的物料经过洗涤、烘干、筛分得到所述高镍三元前驱体。
[0012]在本专利技术的一些优选的实施方式中，步骤S2中，得到所述颗粒的粒径D50为8.0～12.0μm；步骤S3中，通入晶种调节所述颗粒的D10降至2.0～5.0μm；步骤S3中，当颗粒粒径又生长至D50在8.0～12.0μm，重复上述加晶种的操作。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，还包括所述晶种的制备过程：向晶种反应器内加水，通入惰性气体，开启搅拌与加热，通入氨水，再通入碱液调节pH，然后同时通入碱液和所述金属盐溶液进行沉淀反应，持续进料，所述晶种反应器滤出清液以维持液面高度恒定，物料不断浓缩，颗粒持续生长，直至粒径生长到2～7μm时停止进料，制得所述晶种；更优选地，直至粒径生长到2～5μm时停止进料。
[0014]在本专利技术的一些实施方式中，在晶种的制备过程中，所述搅拌的速度为150～300rpm，所述加热的温度为50～80℃，所述晶种反应器内氨水的浓度为0～10g/L，所述pH调节至11.0～13.0。
[0015]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S2中，在调节pH后，先加入晶种，再同时通入碱液和金属盐溶液进行沉淀反应，所述晶种的粒径为2～7μm。前驱体采用晶种生长的方式。
[0016]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S1中，所述高镍三元前驱体的结构通式为Ni
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
(OH)2，其中，0.6＜x＜1，0＜y＜0.4，x+y＜1。
[0017]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S4中，所述高镍三元前驱体的粒径D10为2.0～7.0μm，D50为7.0～15.0μm，D90为12.0～20.0μm。
[0018]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述高镍三元前驱体的粒径D10为2.0～5.0μm，D50为8.0～12.0μm，D90为18.0～20.0μm。
[0019]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S2中，所述沉淀反应的全过程持续搅拌，所述搅拌的速度为150～250rpm。
[0020]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S2中，所述搅拌的速度为150～250rpm。
[0021]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S2中，所述加热的温度为50～80℃。
[0022]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S2中，所述氨水的浓度为0～10g/L。
[0023]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S2中，所述pH调节至11.0～13.0。
[0024]本专利技术还提出所述的制备方法在制备锂离子电池中的应用。
[0025]根据本专利技术的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：
[0026]1、本专利技术采用晶种调节粒度，使颗粒粒径保持适当的宽分布，提高了前驱体的堆积密度，增强了抗破解性能，粒度均匀的晶种也避免了传统连续式生产过程中因粒度调节而产生的微粉。
[0027]2、本专利技术采用间歇式加晶种、连续式出料的间歇
‑
连续式生产工艺，保证了生产过程中颗粒生长环境的高度恒定，减少晶粒内部因环境波动产生的缺陷。
[0028]3、本专利技术采用高于常规的pH范围以细化前驱体一次晶粒，增加了晶界数目，提高了前驱体颗粒的抗破解性能。
[0029]4、本专利技术采用高速搅拌使颗粒内部产生较少量的孔隙本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高镍三元前驱体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将镍盐、钴盐和锰盐配制成金属盐溶液；S2：在惰性气氛下，加热并通入氨水，再通入碱液调节pH，然后同时通入碱液和所述金属盐溶液进行沉淀反应，得到D50为7.0～15.0μm的颗粒；S3：通入晶种调节所述颗粒的D10降至2.0～7.0μm时，停止通入晶种，持续通入碱液和金属盐溶液，收集溢流出的物料，当颗粒粒径又生长至D50在7.0～15.0μm，重复上述加晶种的操作，持续收集溢流物料；S4：将收集的物料经过洗涤、烘干、筛分得到所述高镍三元前驱体。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括所述晶种的制备过程：向晶种反应器内加水，通入惰性气体，开启搅拌与加热，通入氨水，再通入碱液调节pH，然后同时通入碱液和所述金属盐溶液进行沉淀反应，持续进料，所述晶种反应器滤出清液以维持液面高度恒定，物料不断浓缩，颗粒持续生长，直至粒径生长到2.0～7.0μm时停止进料，制得所述晶种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，在调节pH后，先加入晶种，再同时通入碱液和金属盐溶液进行沉淀反应，所述晶种的粒径...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟权，李长东，刘更好，阮丁山，林弘嘉，
申请(专利权)人：湖南邦普循环科技有限公司湖南邦普汽车循环有限公司，
类型：发明
国别省市：