一种高球形度超高镍三元前驱体及其制备方法和应用与流程

本发明属于三元前驱体，具体涉及一种高球形度超高镍三元前驱体及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着锂离子电池在3c设备和新能源汽车领域的份额日趋增长，对锂离子动力电池及三元动力电池前驱体的生产技术也提出了更高的要求。三元材料镍钴锰酸锂通过结合镍、钴、锰金属元素，将其容量高、循环性能好、安全性能高等优点融为一体，目前三元材料在锂电池市场已经成为主流电池材料之一。锂离子电池能量密度的高低主要取决于正极材料放电比容量的大小，所以提高正极材料的放电比容量是提升能量密度的关键，当前电动乘车动力电池所用电极材料主要为镍钴锰酸锂三元材料，三元材料的循环性能不仅与其组成结构相关，也与三元前驱体的形貌存在一定关联。球形度是评价前驱体的一个关键维度，高球形度可以提高正极材料的振实密度、倍率性能、循环性能等。反应搅拌强度是改善大颗粒前驱体(d50:10-20μm)球形度的有效手段，但往往高球形度和小颗粒、裂球难以同时兼顾：搅拌强度过低，颗粒容易团聚，球形度差；搅拌强度过高，合成过程中粒径生长速度慢，反应时间长固含量高，容易产生小颗粒和裂球。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高球形度超高镍三元前驱体及其制备方法和应用，通过调控不同的搅拌转速和固含量，得到了球形度好、且无裂球和小颗粒的三元前驱体氧化物。本发明具体包括以下内容：

2、一种高球形度超高镍三元前驱体的制备方法，在共沉淀反应期间，调控搅拌转速随共沉淀反应时间的增加而梯次下降，反应时间每增加10-20h(例如10h、12h、14h、16h、18h、20h等)，控制搅拌转速下降5-20％(例如5％、8％、10％、12％、14％、16％、18％、20％等)；同时，当产物颗粒d50达到7-9μm(例如7μm、7.2μm、7.5μm、7.8μm、8μm、8.5μm、8.8μm、9μm等)时反应开始溢流，当产物颗粒d50达到11-13μm(例如11μm、11.5μm、12μm、12.2μm、12.4μm、12.6μm、12.8μm等)时关闭溢流重新浓密，当产物颗粒的粒径达到15-20μm(例如15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm等)时停止加料，得到产物体系。

3、优选的，所述高球形度超高镍三元前驱体的制备方法包括以下步骤：

4、(1)配液：配制三元液、液碱溶液、氨水溶液和底液；

5、(2)反应：向底液中加入三元液、液碱溶液、氨水溶液，边搅拌边进行共沉淀反应；

6、(3)颗粒生长：在共沉淀反应期间，调控搅拌转速随共沉淀反应时间的增加而梯次下降，反应时间每增加10-20h(例如10h、12h、14h、16h、18h、20h等)，控制搅拌转速下降5-20％(例如5％、8％、10％、12％、14％、16％、18％、20％等)；同时，当产物颗粒d50达到7-9μm(例如7μm、7.2μm、7.5μm、7.8μm、8μm、8.5μm、8.8μm、9μm等)时反应开始溢流，当产物颗粒d50达到11-13μm(例如11μm、11.5μm、12μm、12.2μm、12.4μm、12.6μm、12.8μm等)时关闭溢流重新浓密，当产物颗粒的粒径达到15-20μm(例如15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm等)时停止加料，得到产物体系；

7、(4)后处理：将产物体系进行后处理后，得到高球形度超高镍三元前驱体产品。

8、优选的，所述三元液中镍盐、钴盐、锰盐的总浓度为80-120g/l(例如90g/l、95g/l、100g/l、105g/l、110g/l、115g/l等)，镍、钴、锰三种元素的摩尔比为(90-98):(1-5):(1-5)，例如90:5:5、92:4:4、95:2.5:2.5、96:2:2等。

9、优选的，所述液碱溶液的浓度为25％-35％(例如26％、28％、30％、32％、34％等)；所述氨水溶液的浓度为15％-20％(例如16％、17％、18％、19％等)。

10、优选的，所述底液中包括体积比为(4-6):(0.2-0.4):(0.01-0.03)的纯水、浓度为25％-35％的液碱溶液、以及浓度为15％-20％的氨水溶液；所述底液中氨浓度为8-10g/l(例如8g/l、8.5g/l、9g/l、9.5g/l、10g/l等)、ph为10.5-12(例如11、11.2、11.6、11.8、12等)。

11、优选的，所述共沉淀反应的反应温度为40-60℃(例如40℃、45℃、50℃、55℃、60℃等)，搅拌转速为250-400rpm(例如260rpm、280rpm、300rpm、320rpm、340rpm、360rpm、380rpm等)。

12、优选的，所述步骤(2)镍钴锰三元液、液碱溶液和氨水溶液加入时的流量比为(30-50):(10-20):(3-7)，例如30:10:3、35:15:4、40:18:5、45:12:6等。

13、优选的，所述步骤(3)控制得到的产物体系的固含量为200-400g/l，例如200g/l、220g/l、250g/l、280g/l、300g/l、320g/l、350g/l、380g/l、400g/l等。

14、优选的，所述步骤(4)后处理依次包括陈化、洗涤、脱水、烘干、煅烧、混批、筛分、除铁。

15、一种采用本发明公开的高球形度超高镍三元前驱体的制备方法制备得到的高球形度超高镍三元前驱体。

16、一种本发明公开的高球形度超高镍三元前驱体在锂离子电池中的应用。

17、本发明的有益效果：

18、(1)本发明公开的方法创新性地在共沉淀反应期间，调控搅拌转速随共沉淀反应时间的增加而梯次下降，反应时间每增加10-20h，控制搅拌转速下降5-20％，通过对搅拌转速的精确调控，在提高了产物颗粒球形度的同时，还能够有效避免小颗粒和裂球的产生。

19、(2)本发明公开的方法在精确控制搅拌转速的同时，还限定了：当产物颗粒d50达到7-9μm时反应开始溢流，当产物颗粒d50达到11-13μm时关闭溢流重新浓密，当产物颗粒的粒径达到15-20μm时停止加料，得到产物体系。并且优选的，控制所得得产物体系得固含量为200-400g/l。进一步提升了产物颗粒得球形度，最终制备得到无裂球和小颗粒的高球形度超高镍三元前驱体。进而提升了后续正极材料烧结的均匀性，由此制作而成的电池具有更好的电化学性能。

技术特征：

1.一种高球形度超高镍三元前驱体的制备方法，其特征在于，在共沉淀反应期间，调控搅拌转速随共沉淀反应时间的增加而梯次下降，反应时间每增加10-20h，控制搅拌转速下降5-20％；当产物颗粒d50达到7-9μm时反应开始溢流；当产物颗粒d50达到11-13μm时关闭溢流重新浓密，当产物颗粒的粒径达到15-20μm时停止加料，得到产物体系。

2.根据权利要求1所述的一种高球形度超高镍三元前驱体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种高球形度超高镍三元前驱体的制备方法，其特征在于，所述三元液中镍盐、钴盐、锰盐的总浓度为80-120g/l，镍、钴、锰三种元素的摩尔比为(90-98):(1-5):(1-5)；所述液碱溶液的浓度为25％-35％；所述氨水溶液的浓度为15％-20％。

4.根据权利要求2所述的一种高球形度超高镍三元前驱体的制备方法，其特征在于，所述底液中包括体积比为(4-6):(0.2-0.4):(0.01-0.03)的纯水、浓度为25％-35％的液碱溶液、以及浓度为15％-20％的氨水溶液；所述底液中氨浓度为8-10g/l、ph为10.5-12。

5.根据权利要求2所述的一种高球形度超高镍三元前驱体的制备方法，其特征在于，所述共沉淀反应的反应温度为40-60℃，搅拌转速为250-400rpm。

6.根据权利要求2所述的一种高球形度超高镍三元前驱体的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)镍钴锰三元液、液碱溶液和氨水溶液加入时的流量比为(30-50):(10-20):(3-7)。

7.根据权利要求2所述的一种高球形度超高镍三元前驱体的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)得到的产物体系的固含量为200-400g/l。

8.根据权利要求2所述的一种高球形度超高镍三元前驱体的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)后处理依次包括陈化、洗涤、脱水、烘干、煅烧、混批、筛分、除铁。

9.一种采用权利要求1-8任一项所述的高球形度超高镍三元前驱体的制备方法制备得到的高球形度超高镍三元前驱体。

10.一种权利要求9所述的高球形度超高镍三元前驱体在锂离子电池中的应用。

技术总结
本发明公开了一种高球形度超高镍三元前驱体及其制备方法和应用。本发明公开的方法创新性地在共沉淀反应期间，调控搅拌转速随共沉淀反应时间的增加而梯次下降，反应时间每增加10‑20h，控制搅拌转速下降5‑20％。同时，还限定当产物颗粒D50达到7‑9μm时反应开始溢流，当产物颗粒D50达到11‑13μm时关闭溢流重新浓密，当产物颗粒的粒径达到15‑20μm时停止加料，得到产物体系。并且优选的，控制所得得产物体系得固含量为200‑400g/L。进一步提升了产物颗粒得球形度，最终制备得到无裂球和小颗粒的高球形度超高镍三元前驱体。进而提升了后续正极材料烧结的均匀性，由此制作而成的电池具有更好的电化学性能。

技术研发人员：王登登,许开华,刘郁,吴雨晴,薛飞,余尚清,邓冰阳,刘飞
受保护的技术使用者：格林爱科（荆门）新能源材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14