[发明专利]球形碳酸盐三元前驱体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有球形化的电池正极材料镍钴锰前驱体领域，尤其涉及一种球形碳酸盐三元前驱体的制备方法。

背景技术

随着科技的发展，越来越多的移动科技设备的使用，使锂离子二次电池得到广泛应用，尤其近年来三元材料锂离子电池得到迅速发展。由于其具有性能好价格低廉的特点，得到迅猛发展。要制备出高性能的二次电池用三元材料，必须要制备性能好的前驱体材料，前驱体材料性能的好坏决定了制备出三元材料性能的好坏优劣。而具有球形化的正极材料，由于具有球的结构，具有结构稳定性能稳定，循环寿命长等特点，因此做出球形度好的三元材料前驱体是制备高性能三元材料的基础。

经过多年的探索，目前球形碳酸盐三元前驱体的制备方法主要有液碱络合剂络合法和固相煅烧法等多种方法。其中使用固相煅烧法煅烧后的前驱体，颗粒不规则不均匀，球形度差，不能形成性能均一的颗粒，影响材料的电性能发挥，且烧制耗能高，煅烧废气污染环境；而液碱络合剂络合法由于锰价态较多，在强碱性环境下很容易被氧化，形成锰多价态化合物，不易做成球形颗粒，后期烧制加工难于控制锰的价态，影响三元材料的性能。

中国专利(CN 101229928B)公开了一种“球形镍钴锰酸锂材料的制备方法”，其前驱体的制备是通过用碳酸盐作为沉淀剂，经过共沉淀法制得球形镍钴锰酸锂材料的前驱体。其不足之处在于颗粒相对不均匀，且球形度流动性均不好，且无法连续生产，生产效率不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种颗粒相对均匀，球形度好，球体表面光滑，且颗粒流动性好的球形碳酸盐三元前驱体的制备方法。

本发明采用的技术方案如下；

球形碳酸盐三元前驱体，其制备方法包括以下步骤：

①配制浓度为80～140g/L可溶性镍盐、锰盐、钴盐混合溶液；

②配制配制浓度为115～155g/L沉淀剂溶液；

③将①溶液和②溶液泵入反应釜，保持搅拌转速为80～180r/min、温度为65～85℃连续生产，调节①溶液和②溶液的流量，控制PH为6.5～7.5，控制碱度为5～40g/L，控制料浆固含量为70～130g/L，反应完全后料浆通过反应釜的溢流口自然溢流到陈化罐内；

④经过陈化后的料浆，用0.3～0.6Mpa的气压使料浆固液分离，再用5～10倍量纯水洗涤，控制洗涤液中酸根离子含量≤0.05g/L；

⑤洗涤后的滤饼，烘干后得到球形碳酸盐三元前驱体。

在本发明提出的球形碳酸盐三元前驱体的制备方法中：

步骤①使用的可溶性镍盐、锰盐、钴盐可以选择硫酸镍、硫酸锰、硫酸钴。

步骤①使用的可溶性镍盐、锰盐、钴盐也可以选择硫酸镍、氯化锰、硫酸钴。

步骤①使用的可溶性镍盐、锰盐、钴盐还可以选择硫酸镍、硝酸锰、硫酸钴。

步骤②使用的沉淀剂可以选择碳酸氢铵，也可以选择氨水和碳酸钠。

步骤①配制的可溶性镍盐、锰盐、钴盐混合溶液和步骤②配制的沉淀剂溶液所用溶剂均为纯水。

作为优选方案，步骤③的反应PH控制为6.5～6.9时，可制备最佳的球形碳酸盐三元前驱体。

在本发明所公开的制备方法中，反应阶段可以使用激光粒度仪来检测反应体系内球形碳酸盐三元前驱体的粒度，根据检测的数据和产品标准要求，通过对①溶液和②溶液流量的调控，从而对球形碳酸盐三元前驱体粒径进行调控。

本发明的一种球形碳酸盐三元前驱体的制备方法，所选择的沉淀剂与可溶性镍锰钴盐进行共沉淀反应，通过控制反应阶段的PH值、碱度、固含量，可以有效的制备颗粒相对均匀，球形度好，球体表面光滑，且颗粒流动性好的球形碳酸盐三元前驱体，前驱体的结构式为(Ni_xMn_yCo_1-x-y)CO₃(x+y＜1)，根据所选镍锰钴元素摩尔比的不同，可以制备如442、532、333、811型的球形碳酸盐三元前驱体，其结构分别为(Ni_0.4Mn_0.4Co_0.2)CO₃、(Ni_0.5Mn_0.3Co_0.2)CO₃、(Ni_1/3Mn_1/3Co_1/3)CO₃、(Ni_0.8Mn_0.1Co_0.1)CO₃。