[发明专利]一种小颗粒锂电正极材料前驱体的制备方法及设备

说明书

本发明公开了一种小颗粒锂电正极材料前驱体的制备方法，包括以下步骤：加入釜体容积30％的纯水后升温并保持35‑70℃；氮气保护下连续加入镍盐、钴盐或锰盐中至少一种溶液、氢氧化钠溶液和氨水，pH保持10‑14；当液体达到预定体积时，停止加料、搅拌和氮气通入，静置后排出上层清液；重复上述加料反应和静置、排清液过程至前驱体D50达3‑7微米时停止。本明还公开了制备上述前驱体的反应釜，包括釜体、搅拌装置和安装在釜体内的溢流口可上下移动的溢流装置。通过调节反应时间、静置时间和溢流时间，延长了晶体颗粒在反应釜中的停留时间，减少不成熟微细颗粒流出，提高D50在3‑7微米小颗粒前驱体的振实密度、球形圆度，降低比表面积、缩窄粒度分布。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料，尤其涉及一种小颗粒锂电正极材料前驱体的制备方法及设备。

背景技术

当前锂电池发展极为迅速，在人们的日常生活中，锂离子电池得到广泛应用，小到普通的手机电池、充电宝，大到新能源汽车电池组、储能电池，都在日常的生活中发挥着作用。对于锂离子电池来说，正极材料是影响锂离子电池性能的关键材料。目前，锂离子电池正极材料的前驱体主要还是通过共沉淀法制备，一般是采用连续式的反应模式：在反应釜中持续加入镍、钴、锰和铝等盐的混合水溶液与氨络合，通过氢氧化钠控制pH值从而共沉淀得到球形氢氧化物复合沉淀物，再经水洗、过滤、干燥得到锂离子正极材料的前驱体。但是这种共沉淀反应模式在制备3-7微米的小粒度颗粒产品时，在反应初期产生粒径不合格的废料，在整个反应过程中都还会产生大量不成熟的颗粒，这些不成熟的颗粒导致小颗粒产品的球形度差、振实密度低、比表面积高、粒度分布较宽等技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种小颗粒锂电正极材料前驱体制备方法，该方法能够提高小颗粒锂电正极前驱体的振实密度和球形圆度，缩窄其粒度分布、降低其比表面积。

本发明的技术方案为：

一种小颗粒锂电正极材料前驱体的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：向反应釜中加入釜体容积30％的纯水，升温并保持35-70℃；

步骤二：在氮气保护气氛下，开启反应釜使搅拌装置转速为600-1000r/min，以反应釜总容积0.1％/分钟的流量连续加入金属离子总浓度为1.0-3.0mol/L的可溶性盐溶液，以反应釜总容积0.02-0.15％/分钟的流量连续加入6-12mol/L的氢氧化钠溶液，以反应釜总容积0.008-0.10％/分钟的流量连续加入4-10mol/L的氨水溶液；反应过程中溶液pH保持10-14；

其中，所述可溶性盐为镍盐、钴盐或锰盐中的至少一种；

步骤三：当反应釜中液体达到预定体积时，停止加料、搅拌和氮气的通入，静置至固液分离时，排出上层清液；

步骤四：开启氮气保护装置和搅拌装置，待反应釜内物质搅均匀后，继续按步骤二中流量连接加入所述可溶性盐溶液、氢氧化钠溶液和氨水溶液，pH保持10-14进行连续式结晶反应；

步骤五：重复上述步骤三和步骤四，至反应釜中生成的前驱体粒径的D50达到3-7微米时，关闭氮气，停止计量泵进料。

优选地，所述步骤三中所述上层清液的排出体积为所述反应釜总容积的30％-40％。

优选地，所述步骤二中所述可溶性盐中包括铝盐。

优选地，所述镍盐为硫酸镍、氯化镍、硝酸镍或乙酸镍中的至少一种；所述钴盐为硫酸钴、氯化钴、硝酸钴或乙酸钴中的至少一种；所述锰盐为硫酸锰、氯化锰、硝酸锰或乙酸锰中的至少一种。

优选地，所述铝盐为硫酸铝、氯化铝、硝酸铝、乙酸铝和偏铝酸钠中的至少一种。