[发明专利]一种共沉淀法制备高镍三元单晶材料前驱体的制备方法

说明书

本发明提供一种共沉淀法制备高镍三元单晶材料前驱体的制备方法，包括：(1)将NiSO₄·6H₂O，MnSO₄·H₂O和CoSO₄·7H₂O混合，得混合金属盐溶液；(2)将无机分散剂、有机分散剂和浓NH₃·H₂O加水混合，得碱性复合分散液；(3)将碱性复合分散液泵入釜式反应器中作为底液；充入氮气N₂，泵入混合金属盐溶液、NaOH溶液和NH₃·H₂O溶液，调控pH值，控制温度和搅拌速度，共沉淀反应；(4)收集反应产物，过滤取固体，清洗干燥，得成品，本发明通过采用碱性复合分散液辅助共沉淀方法制备高镍三元单晶材料前驱体，工艺更加简单、粒径可控且分布窄、形貌均一、高度分散、产品一致性好、可实现大规模生产。

技术领域

本发明涉及锂电池材料技术领域，特别涉及一种共沉淀法制备高镍三元单晶材料前驱体的制备方法。

背景技术

普通三元正极材料形貌为由一次单晶颗粒聚集成的球形或类球形的二次颗粒，由多个微粒结合而成，粒度分布较宽。堆积密度较低，导致压实密度偏低；在较高的压实下，二次球形颗粒会破碎，使材料的比表面积增加，副反应加剧，造成电化学性能下降；在高电压充放电过程中，二次球形颗粒易发生结构坍塌，且容易出现产气等问题，这也是目前商业化的多晶、团聚正极材料面临的重大问题。

单晶、高镍化是提升正极能量密度的核心途径。锂电池能量密度的提升，除了提高比容量以外，还可以通过提高充电截止电压、提高正极材料压实密度来实现。合成单晶三元正极材料是提高充电截止电压、压实密度的有效方法之一，可通过前驱体的选型、烧结温度的调整以及大小粒子的搭配等方法来实现，而比容量的提升主要源自使用更高镍含量的三元前驱体以及合成工艺的改善。因此，单晶型三元材料对前驱体生产工艺提出更高的要求。

单晶型三元材料除在烧结工艺需要特殊处理外，对前驱体的合成工艺也提出新的挑战。目前的三元材料前驱体的制备方法主要是共沉淀法，使用共沉淀法制备小颗粒尺寸(3μm～5μm)的三元前驱体材料时，其往往是由纳米级小颗粒团聚而成，其颗粒尺寸不均，粒径分布难以控制，粒径误差较大，在烧结的过程易发生熔并，导致最终产物形貌不规则等问题；而且随着团聚体尺寸越大，所需烧结的温度越高，对于高镍三元材料而言，镍含量更高，高温会造成NCM811的分解，形成氧空位，较低的烧结温度又不利于球形三元前驱体的熔并以及晶体的生长。现有的单一分散剂辅助共沉淀法所制备的单晶前驱体，成团聚状且尺寸较小(700nm)，比表面积大，副反应多，工艺步骤复杂，难以满足商业化应用。

发明内容

鉴以此，本发明提出一种共沉淀法制备高镍三元单晶材料前驱体的制备方法，

本发明的技术方案是这样实现的：

一种共沉淀法制备高镍三元单晶材料前驱体的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：配制混合金属盐溶液：将NiSO₄·6H₂O，MnSO₄·H₂O和CoSO₄·7H₂O溶解于去离子水中，得到含有可溶性镍盐、钴盐、锰盐的混合金属盐溶液；

步骤2：制备碱性复合分散液：将无机分散剂、有机分散剂和浓NH₃·H₂O加水混合，得到碱性复合分散液，其中，每1L碱性复合分散液中，包括0.03～0.05mol无机分散剂，5～6g有机分散剂，0.8～1.0mol浓NH₃·H₂O，余量为水；