CN110817976B - 一种正极材料前驱体及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种正极材料前驱体及其制备方法和用途，通过将盐溶液、碱溶液和氨溶液进行三阶段共沉淀反应得到产物，每一阶段段共沉淀反应均包括在较高pH条件下进行籽晶生成的过程和在较低pH条件下进行的晶粒匀速生长过程；将所述产物经陈化、洗涤、烘干得到正极材料前驱体。本发明中得到大小二次球颗粒混掺的前驱体材料，其中小颗粒填充于大颗粒之间八面体空隙与四面体空隙，符合材料的紧密堆积要求。相比常规三元前驱体材料，所述材料具有提高的振实密度，达到2.2~2.5 g/cc，更易满足目前对于锂离子电池高能量密度的要求。本发明工艺简单，产能可控，易于大规模生产应用。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种正极材料前驱体及其制备方法和用途。
背景技术
锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。随着社会经济的高速发展，开发、利用新能源越来越迫切，其中，新型锂离子电池属于清洁能源，其具有安全性、高循环性、长寿命以及环境友好等优点，被视为最有效的电化学储能***之一。
正极、负极、隔膜、电解液作为锂离子电池的四大关键材料，其中，锂离子电池的能量密度主要取决于正极材料的能量密度。目前三元材料LiNixCoyMnzO2(NCM)或LiNixCoyAlzO2(NCA)是应用和研究最为广泛的正极材料之一，而前驱体作为三元材料的核心，其颗粒尺寸、粒径分布、表面形貌等理化性质直接决定了材料的性能。
现有商用的三元材料前驱体一般为D50粒度在8-12μm左右的球形颗粒，其中部分类型的前驱体为窄粒径分布、颗粒尺寸均一的材料，此外还有粒径分布较宽、大小颗粒混掺的前驱体产品，后者具有相对较高的振实密度。从微观角度看，半径为R的等径圆球密堆积时，中间充斥着四面体以及八面体间隙，每个圆球平均分摊到两个四面体空隙和一个八面体空隙，其中四面体空隙中可容纳半径最大为0.225R的小球颗粒，而八面体空隙中则可以容纳半径最大为0.414R的小球颗粒。因此若设计具有特定粒径分布的前驱体材料，在紧密堆积的大颗粒间隙中均匀地填满小球颗粒，可使材料具有更高的振实密度。
发明内容
有鉴于此，本发明有必要提供一种正极材料前驱体及其制备方法和用途，通过三段共沉淀反应，在共沉淀反应过程中，在特定较高pH生成细小、尺寸确定的籽晶颗粒，在特定较低pH中使颗粒按照相应的速度生成，从而通过控制对不同反应条件、反应时间和进料流速的调控，直接一步法获得振实密度高的正极材料前驱体，解决了现有的商用三元正极材料前驱体振实密度低，无法满足锂离子电池正极材料高能量密度的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种正极材料前驱体的制备方法，包括以下步骤：
S1、将镍源、钴源和锰源溶于去离子水中制成盐溶液，再分别配置碱溶液、氨溶液和酸溶液备用；向反应容器中加入所述氨溶液，并将反应容器中所述氨溶液的浓度调整至7-15g/L，然后搅拌、加热至50-60℃后去除溶解氧；
S2、向所述反应容器中同时加入所述盐溶液、所述碱溶液和所述氨溶液进行三阶段共沉淀反应得到产物，每一阶段段共沉淀反应均包括在第一pH条件下进行籽晶生成的过程和在第二pH条件下进行的晶粒匀速生长过程，其中，所述第一pH在11.7-12.5之间，所述第二pH在10.6-11.4之间；
S3、将所述产物经陈化、洗涤、烘干得到正极材料前驱体。
进一步的，所述步骤S2具体包括以下步骤：
S21、第一阶段共沉淀：调高体系pH后，开始进料，其中，所述盐溶液的流速为10-20mL/min，氨溶液流速为2-4mL/min，维持当前pH条件反应0.5-1.5h后，停止进料；再调低体系pH后，继续进料，其中，所述盐溶液的流速为20-35mL/min，氨溶液流速为4-7mL/min，维持当前pH条件反应8-20h后，停止进料；
S22、第二阶段共沉淀：调高体系pH后，开始进料，其中，所述盐溶液的流速为10-20mL/min，氨溶液流速为2-4mL/min，维持当前pH条件反应0.5-1.5h后，停止进料；再调低体系pH后，继续进料，其中，所述盐溶液的流速为20-35mL/min，氨溶液流速为4-7mL/min，维持当前pH条件反应4-10h后，停止进料；
S23、第三阶段共沉淀：调高体系pH后，开始进料，其中，所述盐溶液的流速为10-20mL/min，氨溶液流速为2-4mL/min，维持当前pH条件反应0.5-2.5h后，停止进料；再调低体系pH后，继续进料，其中，所述盐溶液的流速为20-35mL/min，氨溶液流速为4-7mL/min，维持当前pH条件反应4-10h后，停止反应得到所述产物；上述步骤中，体系根据所设定的pH自动控制碱溶液的流速，同时通过提浓槽溢流排放清液。
其中，步骤S21、S22、S23中所述的调高体系pH的具体步骤为：向体系中加入所述碱溶液，调节体系pH至所述第一pH；所述的调低pH的具体步骤为：向体系中加入所述酸溶液，调节体系pH至所述第二pH；所述的进料指的是向体系中同时加入所述盐溶液、所述碱溶液和所述氨溶液。
进一步的，步骤S1中，所述盐溶液中，所述镍、钴和锰总的摩尔浓度为0.2-2.5mol/L；
所述镍源选自硝酸镍、醋酸镍、硫酸镍、氯化镍中的至少一种；
所述钴源选自硝酸钴、醋酸钴、硫酸钴、氯化钴中的至少一种；
所述锰源选自硝酸锰、醋酸锰、硫酸锰、氯化锰中的至少一种。
这里所述的镍源、钴源和锰源均为本领域常用的制备NCM材料的原料，因此不再做详细的赘述。而其具体的添加比例可以根据需要制备的正极材料前驱体NixCoyMnz(OH)2中的化学计量关系进行调整，故不作具体的限定，本领域技术人员可以根据实际需要进行调整。
进一步的，步骤S1中，所述碱溶液为浓度1-4mol/L的氢氧化钠溶液；
所述氨溶液中，NH3的摩尔浓度为1-7mol/L；
所述酸溶液选自硝酸、醋酸、硫酸、盐酸中的至少一种，所述酸溶液中，H+的摩尔浓度为1-4mol/L。
进一步的，步骤S1中，所述搅拌的转速为400-900rpm。
进一步的，步骤S3中，所述陈化、洗涤、烘干的具体步骤为：将所述产物于50-60℃搅拌24-48h陈化后，再分别碱洗1次、水洗3次后，将洗涤后的产物置于105-120℃干燥24-36h。
优选的，所述碱洗采用的是浓度为1-3mol/L的氢氧化钠溶液。
本发明还提供了一种正极材料前驱体，采用上述制备方法制得。
进一步的，所述正极材料前驱体的化学通式为NixCoyMnz(OH)2，其中，0.5≤x≤0.95、0.05≤y≤0.5、z＝1-x-y。
本发明还提供了上述正极材料前驱体在用于制备锂离子电池中的用途。
与现有技术相比，本发明中的正极材料前驱体通过三阶段共沉淀反应制得，在共沉淀反应过程中，选择特定较高pH值有利于生成细小、尺寸确定的籽晶颗粒，而特定较低的pH条件则有利于颗粒按照相应的速度生成，通过对不同反应条件、反应时间以及进料流速的调控，直接由一步法获得特定粒径分布的正极材料前驱体，且材料的粒径分布可控。本发明中制得的正极材料前驱体的二次球颗粒大小为2.5-11μm，为大小二次球颗粒混掺，其中小颗粒填充在大颗粒的八面体空隙与四面体空隙，粒径呈特定的梯度分布，符合材料的紧密堆积要求，相比于常规的前驱体材料具有更高的振实密度，本发明的正极材料前驱体振实密度可达2.2～2.5g/cc。从而使得本发明中的前驱体制得的锂离子电池正极材料更容易满足高能量密度的要求。
附图说明
图1为本发明实施例4中制备的Ni0.85Co0.1Mn0.05(OH)2前驱体材料扫描电镜图像；
图2为本发明对比例制备的Ni0.85Co0.1Mn0.05(OH)2前驱体材料扫描电镜图像。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1
按Ni:Co:Mn＝5:2:3的摩尔比，称取NiSO4·6H2O、CoSO4·7H2O、MnSO4·1H2O溶于去离子水中，配置50L的Ni+Co+Mn总金属摩尔浓度为2mol/L盐溶液；称取NaOH溶于去离子水中，配置4mol/L的碱溶液；量取浓氨水，稀释并配制浓度为7mol/L的氨溶液；量取浓硫酸，稀释并配制浓度为4mol/L的硫酸溶液，备用。
向20L的反应釜中加入1.7L氨溶液，之后加入去离子水至满釜，反应釜开搅拌(转速为800rpm)，加热至55℃，通入高纯氮去除溶解氧，通过蠕动泵加入碱溶液，调节溶液的pH值至11.7，之后同时加入盐、碱、氨溶液，设置盐溶液流速为10mL/min，氨溶液流速为1.8mL/min，***根据设置的pH值自动调控碱溶液流量。反应进行1h后停止进料，加入酸溶液将pH降至11.0，之后开启反应，设置盐溶液流速为20mL/min，氨溶液流速3.6mL/min。反应进行12h后停止进料，加入碱溶液将pH升至11.7，之后同时加入盐、碱、氨溶液，设置盐溶液流速为10mL/min，氨溶液流速为2.8mL/min。反应进行1h后停止进料，加入硫酸溶液将pH降至11.0，之后开启反应进料，设置盐溶液流速为20mL/min，氨溶液流速3.6mL/min。反应进行5h后停止进料，加入碱溶液将pH升至11.7，之后同时加入盐、碱、氨溶液，设置盐溶液流速为15mL/min，氨溶液流速为1.8mL/min。反应进行2h后停止进料，加入硫酸溶液将pH降至11.0，之后开启反应，设置盐溶液流速为20mL/min，氨溶液流速3.6mL/min，反应进行5h后停止加料，制得产物。
将得到的产物在搅拌条件下，经陈化24h后，泵入压滤机，分别通入2mol/L的氢氧化钠溶液洗涤1次、去离子水洗涤3次。之后取出物料放置于120℃烘箱24h烘干，得到Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2三元前驱体材料。
实施例2
按Ni:Co:Mn＝6.5:1.5:2的摩尔比，称取NiSO4·6H2O、CoSO4·7H2O、MnSO4·1H2O溶于去离子水中，配置50L的Ni+Co+Mn总金属摩尔浓度为2mol/L盐溶液；称取NaOH溶于去离子水中，配置4mol/L的碱溶液；量取浓氨水，稀释并配制浓度为7mol/L的氨溶液；量取浓硫酸，稀释并配制浓度为4mol/L的硫酸溶液，备用。
向20L的反应釜中加入1.7L氨溶液，之后加入去离子水至满釜，反应釜开搅拌(转速为800rpm)，加热至58℃，通入高纯氮去除溶解氧，通过蠕动泵加入碱溶液，调节溶液的pH值至11.8，之后同时加入盐、碱、氨溶液，设置盐溶液流速为23mL/min，氨溶液流速为4.1mL/min，***根据设置的pH值自动调控碱溶液流量。反应进行1h后停止进料，加入酸溶液将pH降至11.1，之后开启反应，设置盐溶液流速为45mL/min，氨溶液流速8.4mL/min。反应进行12h后停止进料，加入碱溶液将pH升至11.8，之后同时加入盐、碱、氨溶液，设置盐溶液流速为23mL/min，氨溶液流速为4.1mL/min。反应进行1h后停止进料，加入酸溶液将pH降至11.1，之后开启反应进料，设置盐溶液流速为45mL/min，氨溶液流速8.4mL/min。反应进行5h后停止进料，加入碱溶液将pH升至11.8，之后同时加入盐、碱、氨溶液，设置盐溶液流速为23mL/min，氨溶液流速为4.1mL/min。反应进行2h后停止进料，加入硫酸溶液将pH降至11.1，之后开启反应，设置盐溶液流速为45mL/min，氨溶液流速8.4mL/min，反应进行5h后停止加料，制得产物。
将得到的产物在搅拌条件下，经陈化24h后，泵入压滤机，分别通入2mol/L的氢氧化钠溶液洗涤1次、去离子水洗涤3次。之后取出物料放置于120℃烘箱24h烘干，得到Ni0.65Co0.15Mn0.20(OH)2三元前驱体材料。
实施例3
按Ni:Co:Mn＝8.3:1.1:0.6的摩尔比，称取NiSO4·6H2O、CoSO4·7H2O、MnSO4·1H2O溶于去离子水中，配置50L的Ni+Co+Mn总金属摩尔浓度为2mol/L盐溶液；称取NaOH溶于去离子水中，配置4mol/L的碱溶液；量取浓氨水，稀释并配制浓度为7mol/L的氨溶液；量取浓硫酸，稀释并配制浓度为4mol/L的硫酸溶液，备用。
向20L的反应釜中加入1.7L氨溶液，之后加入去离子水至满釜，反应釜开搅拌(转速为800rpm)，加热至52℃，通入高纯氮去除溶解氧，通过蠕动泵加入碱溶液，调节溶液的pH值至11.8，之后同时加入盐、碱、氨溶液，设置盐溶液流速为19mL/min，氨溶液流速为2.8mL/min，***根据设置的pH值自动调控碱溶液流量。反应进行1h后停止进料，加入酸溶液将pH降至11.2，之后开启反应，设置盐溶液流速为38mL/min，氨溶液流速5.6mL/min。反应进行12h后停止进料，加入碱溶液将pH升至11.8，之后同时加入盐、碱、氨溶液，设置盐溶液流速为15mL/min，氨溶液流速为2.8mL/min。反应进行1h后停止进料，加入酸溶液将pH降至11.2，之后开启反应进料，设置盐溶液流速为38mL/min，氨溶液流速5.6mL/min。反应进行5h后停止进料，加入碱溶液将pH升至11.8，之后同时加入盐、碱、氨溶液，设置盐溶液流速为19mL/min，氨溶液流速为2.8mL/min。反应进行2h后停止进料，加入硫酸溶液将pH降至11.2，之后开启反应，设置盐溶液流速为38mL/min，氨溶液流速5.6mL/min，反应进行5h后停止加料，制得产物。
将得到的产物在搅拌条件下，经陈化24h后，泵入压滤机，分别通入2mol/L的氢氧化钠溶液洗涤1次、去离子水洗涤3次。之后取出物料放置于120℃烘箱24h烘干，得到Ni0.83Co0.11Mn0.06(OH)2三元前驱体材料。
实施例4
按Ni:Co:Mn＝8.5:1:1.5的摩尔比，称取NiSO4·6H2O、CoSO4·7H2O、MnSO4·1H2O溶于去离子水中，配置50L的Ni+Co+Mn总金属摩尔浓度为2mol/L盐溶液；称取NaOH溶于去离子水中，配置4mol/L的碱溶液；量取浓氨水，稀释并配制浓度为7mol/L的氨溶液；量取浓硫酸，稀释并配制浓度为4mol/L的硫酸溶液，备用。
向20L的反应釜中加入1.7L氨溶液，之后加入去离子水至满釜，反应釜开搅拌(转速为800rpm)，加热至52℃，通入高纯氮去除溶解氧，通过蠕动泵加入碱溶液，调节溶液的pH值至11.8，之后同时加入盐、碱、氨溶液，设置盐溶液流速为15mL/min，氨溶液流速为3.4mL/min，***根据设置的pH值自动调控碱溶液流量。反应进行1h后停止进料，加入酸溶液将pH降至11.2，之后开启反应，设置盐溶液流速为30mL/min，氨溶液流速6.7mL/min。反应进行12h后停止进料，加入碱溶液将pH升至11.8，之后同时加入盐、碱、氨溶液，设置盐溶液流速为15mL/min，氨溶液流速为3.4mL/min。反应进行1h后停止进料，加入酸溶液将pH降至11.2，之后开启反应进料，设置盐溶液流速为30mL/min，氨溶液流速6.7mL/min。反应进行5h后停止进料，加入碱溶液将pH升至11.8，之后同时加入盐、碱、氨溶液，设置盐溶液流速为15mL/min，氨溶液流速为3.4mL/min。反应进行2h后停止进料，加入硫酸溶液将pH降至11.2，之后开启反应，设置盐溶液流速为30mL/min，氨溶液流速6.7mL/min，反应进行5h后停止加料，制得产物。
将得到的产物在搅拌条件下，经陈化24h后，泵入压滤机，分别通入2mol/L的氢氧化钠溶液洗涤1次、去离子水洗涤3次。之后取出物料放置于120℃烘箱24h烘干，得到Ni0.85Co0.1Mn0.05(OH)2三元前驱体材料。
实施例5
按Ni:Co:Mn＝9:0.7:0.3的摩尔比，称取NiSO4·6H2O、CoSO4·7H2O、MnSO4·1H2O溶于去离子水中，配置50L的Ni+Co+Mn总金属摩尔浓度为2mol/L盐溶液；称取NaOH溶于去离子水中，配置4mol/L的碱溶液；量取浓氨水，稀释并配制浓度为7mol/L的氨溶液；量取浓硫酸，稀释并配制浓度为4mol/L的硫酸溶液，备用。
向20L的反应釜中加入1.7L氨溶液，之后加入去离子水至满釜，反应釜开搅拌(转速为800rpm)，加热至52℃，通入高纯氮去除溶解氧，通过蠕动泵加入碱溶液，调节溶液的pH值至12.2，之后同时加入盐、碱、氨溶液，设置盐溶液流速为15mL/min，氨溶液流速为2.8mL/min，***根据设置的pH值自动调控碱溶液流量。反应进行1h后停止进料，加入酸溶液将pH降至11.3，之后开启反应，设置盐溶液流速为30mL/min，氨溶液流速5.6mL/min。反应进行12h后停止进料，加入碱溶液将pH升至12.2，之后同时加入盐、碱、氨溶液，设置盐溶液流速为15mL/min，氨溶液流速为2.8mL/min。反应进行1h后停止进料，加入酸溶液将pH降至11.3，之后开启反应进料，设置盐溶液流速为30mL/min，氨溶液流速5.6mL/min。反应进行5h后停止进料，加入碱溶液将pH升至12.2之后同时加入盐、碱、氨溶液，设置盐溶液流速为15mL/min，氨溶液流速为2.8mL/min。反应进行2h后停止进料，加入硫酸溶液将pH降至11.3，之后开启反应，设置盐溶液流速为30mL/min，氨溶液流速5.6mL/min，反应进行5h后停止加料，制得产物。
将得到的产物在搅拌条件下，经陈化24h后，泵入压滤机，分别通入2mol/L的氢氧化钠溶液洗涤1次、去离子水洗涤3次。之后取出物料放置于120℃烘箱24h烘干，得到Ni0.90Co0.7Mn0.3(OH)2三元前驱体材料。
实施例6
按Ni:Co:Mn＝8.5:1:1.5的摩尔比，称取NiSO4·6H2O、CoSO4·7H2O、MnSO4·1H2O溶于去离子水中，配置50L的Ni+Co+Mn总金属摩尔浓度为0.5mol/L盐溶液；称取NaOH溶于去离子水中，配置1mol/L的碱溶液；量取浓氨水，稀释并配制浓度为1mol/L的氨溶液；量取浓硫酸，稀释并配制浓度为3mol/L的硫酸溶液，备用。
向20L的反应釜中加入1.7L氨溶液，之后加入去离子水至满釜，反应釜开搅拌(转速为800rpm)，加热至50℃，通入高纯氮去除溶解氧，通过蠕动泵加入碱溶液，调节溶液的pH值至12.5，之后同时加入盐、碱、氨溶液，设置盐溶液流速为20mL/min，氨溶液流速为4mL/min，***根据设置的pH值自动调控碱溶液流量。反应进行1h后停止进料，加入酸溶液将pH降至11.4，之后开启反应，设置盐溶液流速为35mL/min，氨溶液流速7mL/min。反应进行12h后停止进料，加入碱溶液将pH升至12.5，之后同时加入盐、碱、氨溶液，设置盐溶液流速为20mL/min，氨溶液流速为4mL/min。反应进行1h后停止进料，加入酸溶液将pH降至11.4，之后开启反应进料，设置盐溶液流速为35mL/min，氨溶液流速7mL/min。反应进行5h后停止进料，加入碱溶液将pH升至12.5之后同时加入盐、碱、氨溶液，设置盐溶液流速为20mL/min，氨溶液流速为4mL/min。反应进行2h后停止进料，加入硫酸溶液将pH降至11.4，之后开启反应，设置盐溶液流速为35mL/min，氨溶液流速7mL/min，反应进行5h后停止加料，制得产物。
将得到的产物在搅拌条件下，经陈化24h后，泵入压滤机，分别通入2mol/L的氢氧化钠溶液洗涤1次、去离子水洗涤3次。之后取出物料放置于120℃烘箱24h烘干，得到Ni0.85Co0.1Mn0.15(OH)2三元前驱体材料。
实施例7
按Ni:Co:Mn＝8.5:1:1.5的摩尔比，称取NiSO4·6H2O、CoSO4·7H2O、MnSO4·1H2O溶于去离子水中，配置50L的Ni+Co+Mn总金属摩尔浓度为2.5mol/L盐溶液；称取NaOH溶于去离子水中，配置1mol/L的碱溶液；量取浓氨水，稀释并配制浓度为1mol/L的氨溶液；量取浓硫酸，稀释并配制浓度为3mol/L的硫酸溶液，备用。
向20L的反应釜中加入1.7L氨溶液，之后加入去离子水至满釜，反应釜开搅拌(转速为800rpm)，加热至55℃，通入高纯氮去除溶解氧，通过蠕动泵加入碱溶液，调节溶液的pH值至11.7，之后同时加入盐、碱、氨溶液，设置盐溶液流速为10mL/min，氨溶液流速为2mL/min，***根据设置的pH值自动调控碱溶液流量。反应进行1h后停止进料，加入酸溶液将pH降至10.6，之后开启反应，设置盐溶液流速为20mL/min，氨溶液流速4mL/min。反应进行12h后停止进料，加入碱溶液将pH升至11.7，之后同时加入盐、碱、氨溶液，设置盐溶液流速为10mL/min，氨溶液流速为2mL/min。反应进行1h后停止进料，加入酸溶液将pH降至10.6，之后开启反应进料，设置盐溶液流速为20mL/min，氨溶液流速4mL/min。反应进行5h后停止进料，加入碱溶液将pH升至11.7之后同时加入盐、碱、氨溶液，设置盐溶液流速为10mL/min，氨溶液流速为2mL/min。反应进行2h后停止进料，加入硫酸溶液将pH降至10.6，之后开启反应，设置盐溶液流速为20mL/min，氨溶液流速4mL/min，反应进行5h后停止加料，制得产物。
将得到的产物在搅拌条件下，经陈化24h后，泵入压滤机，分别通入2mol/L的氢氧化钠溶液洗涤1次、去离子水洗涤3次。之后取出物料放置于120℃烘箱24h烘干，得到Ni0.85Co0.1Mn0.15(OH)2三元前驱体材料。
对比例
按Ni:Co:Mn＝8.5:1:1.5的摩尔比，称取NiSO4·6H2O、CoSO4·7H2O、MnSO4·1H2O溶于去离子水中，配置50L的Ni+Co+Mn总金属摩尔浓度为2mol/L盐溶液；称取NaOH溶于去离子水中，配置4mol/L的碱溶液；量取浓氨水，稀释并配制浓度为7mol/L的氨溶液；量取浓硫酸，稀释并配制浓度为4mol/L的硫酸溶液，备用。
向20L的反应釜中加入1.7L氨溶液，之后加入去离子水至满釜，反应釜开搅拌(转速为800rpm)，加热至52℃，通入高纯氮去除溶解氧，通过蠕动泵加入碱溶液，调节溶液的pH值至11.2，之后同时加入盐、碱、氨溶液，设置盐溶液流速为30mL/min，氨溶液流速为6.7mL/min，***根据设置的pH值自动调控碱溶液流量，反应进行25h后停止进料，制得产物。
将得到的产物在搅拌条件下，经陈化24h后，泵入压滤机，分别通入2mol/L的氢氧化钠溶液洗涤1次、去离子水洗涤3次。之后取出物料放置于120℃烘箱24h烘干，得到粒度尺寸均一的Ni0.85Co0.1Mn0.05(OH)2三元前驱体材料。
将实施例4和对比例中的三元前驱体材料分别进行扫描电子显微镜表征，结果见图1和图2，由图1和图2可以看出，实施例4中的三元前驱体材料具有特定粒径分布，为大小球颗粒混掺，而对比例中的材料则是颗粒尺寸均一的状态。
将实施例1-5和对比例中的三元前驱体材料分别进行振实密度测试，测试方法参考《粉末产品振实密度测试通用方法(GB/T 21354-2008/ISO3953:1993)》，结果见表1。
表1实施例1-5和对比例中三元前驱体材料振实密度
| 项目 | 单位 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 对比例 |
| 振实密度 | g/cc | 2.26 | 2.37 | 2.42 | 2.50 | 2.31 | 2.12 |
从表1中可以看出，对于不同化学计量组成的三元前驱体，通过调节反应过程中结晶条件，由一步法获得的具有特定粒径分布的材料都具有较高的振密度及极片压实密度，其中实施例4中所制备的大小球混掺的Ni0.85Co0.1Mn0.05(OH)2三元前驱体材料，其振实密度达到2.50g/cc；而在对比例中所制备的颗粒尺寸均一的Ni0.85Co0.1Mn0.05(OH)2三元前驱体材料，振实密度只有2.12g/cc，说明本发明所述特定粒径分布的前驱体颗粒符合材料的密堆积要求，可获得比现有常规材料更高的振实密度，更容易满足对锂离子电池正极材料高能量密度的要求。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种正极材料前驱体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将镍源、钴源和锰源溶于去离子水中制成盐溶液，再分别配置碱溶液、氨溶液和酸溶液备用；向反应容器中加入所述氨溶液，并将反应容器中所述氨溶液的浓度调整至7-15g/L，然后搅拌、加热至50-60℃后去除溶解氧；
S2、向所述反应容器中同时加入所述盐溶液、所述碱溶液和所述氨溶液进行三阶段共沉淀反应得到产物，每一阶段共沉淀反应均包括在第一pH条件下进行籽晶生成的过程和在第二pH条件下进行的晶粒匀速生长过程，其中，所述第一pH在11.7-12.5之间，所述第二pH在10.6-11.4之间；
S3、将所述产物经陈化、洗涤、烘干得到正极材料前驱体；
其中，所述步骤S2具体包括以下步骤：
S21、第一阶段共沉淀：调高体系pH后，开始进料，其中，所述盐溶液的流速为10-20 mL/min，氨溶液流速为2-4mL/min，维持当前pH条件反应0.5-1.5h后，停止进料；再调低体系pH后，继续进料，其中，所述盐溶液的流速为20-35mL/min，氨溶液流速为4-7mL/min，维持当前pH条件反应8-20h后，停止进料；
S22、第二阶段共沉淀：调高体系pH后，开始进料，其中，所述盐溶液的流速为10-20 mL/min，氨溶液流速为2-4mL/min，维持当前pH条件反应0.5~1.5h后，停止进料；再调低体系pH后，继续进料，其中，所述盐溶液的流速为20-35mL/min，氨溶液流速为4-7mL/min，维持当前pH条件反应4-10h后，停止进料；
S23、第三阶段共沉淀：调高体系pH后，开始进料，其中，所述盐溶液的流速为10-20 mL/min，氨溶液流速为2-4mL/min，维持当前pH条件反应0.5~2.5h后，停止进料；再调低体系pH后，继续进料，其中，所述盐溶液的流速为20-35mL/min，氨溶液流速为4-7mL/min，维持当前pH条件反应4-10h后，停止反应得到所述产物；
其中，步骤S21、S22、S23中所述的调高体系pH的具体步骤为：向体系中加入所述碱溶液，调节体系pH至所述第一pH；所述的调低pH的具体步骤为：向体系中加入所述酸溶液，调节体系pH至所述第二pH；所述的进料指的是向体系中同时加入所述盐溶液、所述碱溶液和所述氨溶液。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述盐溶液中，所述镍、钴和锰总的摩尔浓度为0.2-2.5mol/L；
所述镍源选自硝酸镍、醋酸镍、硫酸镍、氯化镍中的至少一种；
所述钴源选自硝酸钴、醋酸钴、硫酸钴、氯化钴中的至少一种；
所述锰源选自硝酸锰、醋酸锰、硫酸锰、氯化锰中的至少一种。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中， 所述碱溶液为浓度1-4mol/L的氢氧化钠溶液；
所述氨溶液中，NH3的摩尔浓度为1-7mol/L；
所述酸溶液选自硝酸、醋酸、硫酸、盐酸中的至少一种，所述酸溶液中，H+的摩尔浓度为1-4mol/L。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述搅拌的转速为400-900rpm。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述陈化、洗涤、烘干的具体步骤为：将所述产物于50-60℃搅拌24-48h陈化后，再分别碱洗1次、水洗3次后，将洗涤后的产物置于105-120℃干燥24-36h。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述碱洗采用的是浓度为1-3mol/L的氢氧化钠溶液。
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