一种三元氧化物前驱体、其制备方法及应用与流程

本发明涉及锂电池，具体而言，涉及一种三元氧化物前驱体、其制备方法及应用。

背景技术：

1、由于新能源的发展，新能源储存电池材料也不断多样化，锂离子电池是目前应用最为广泛的电池类型。由于其储能大、不含重金属有害物质等优点，在手机、笔记本电脑、电动工具、电动汽车以及其他储能系统中得到了广泛的应用。随着近年来国家对环境要求提高及各项规定逐渐实施，电池材料的需求逐渐增大，目前广泛使用的湿法制备三元前驱体的技术进展已经十分缓慢，且在湿法生产中产生硫酸根离子、钠离子等副产物，还需要氨水、氮气等多种辅助原料。因此，需要开发新的三元制备技术工艺以满足市场需求。

2、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种三元氧化物前驱体及其制备方法，旨在提供一种辅助设备少、废弃物和副产物少的制备方法，制备得到粒径均匀的前驱体材料。

2、本发明的目的在于提供一种三元正极材料及锂电池，其产品均匀性好，有利于提升产品的电化学性能。

3、本发明是这样实现的：

4、第一方面，本发明提供一种三元氧化物前驱体的制备方法，包括：

5、将镍源、钴源和锰源混合溶解后形成反应溶液，将反应溶液进行喷雾热解；

6、其中，用于喷雾热解的设备包括雾化器和焙烧炉，雾化器的出料端与焙烧炉的顶部进口连通，焙烧炉包括自上而下依次设置的炉顶、一区、二区和炉底，以二区为反应设定温度，控制二区的温度为600℃-1000℃；

7、一区的温度低于二区的温度，温度差为20℃-30℃；

8、炉顶的温度为300℃-400℃，炉底的温度为200℃-400℃。

9、在可选的实施例中，焙烧炉中炉顶的温度区间高度为1m-2m，一区的温度区间高度为0.5m-1.5m，二区的温度区间高度为0.5m-1.5m，炉底的温度区间高度为0.2m-1.0m；

10、可选地，焙烧炉的炉顶负压在-0.5kpa～-0.3kpa。

11、在可选的实施例方式中，经雾化器雾化后的物料从炉顶进入焙烧炉，反应之后的物料从炉底出料，然后将热解之后的物料进行气固分离得到固体物料和废气；

12、可选地，通过旋风分离器进行气固分离，物料进入旋风分离器的温度在100℃以上；

13、可选地，将分离得到的固体物料依次经过水洗、除磁和粉碎；

14、可选地，将分离得到的废气经过酸吸收，以回收酸性气体。

15、在可选的实施例方式中，将反应溶液通过进料泵输送至雾化器进行雾化，控制反应溶液的流量为1.5l/h-4l/h；

16、可选地，雾化器选自双流体雾化器或单流体雾化器，雾化角度为25°-60°。

17、在可选的实施例方式中，反应溶液的制备过程包括：将镍源、钴源和锰源按照ni、co、mn摩尔比为x：y：z混合溶解得到混合溶液，将混合溶液与表面活性剂混合；

18、其中，x+y+z＝1，ni的摩尔占比为50％-85％，在混合溶液中总金属摩尔浓度为2mol/l-4mol/l。

19、在可选的实施例方式中，表面活性剂选自甘油、丙二醇和卵磷脂中的至少一种；

20、可选地，表面活性剂的用量与混合溶液的质量比为3.0-4.5:100。

21、在可选的实施例方式中，镍源选自氯化镍、硝酸镍、醋酸镍和草酸镍中的至少一种，钴源选自氯化钴、硝酸钴、醋酸钴和草酸钴中的至少一种，锰源选自氯化锰、硝酸锰、醋酸锰和草酸锰中的至少一种。

22、第二方面，本发明还提供一种三元氧化物前驱体，通过上述制备方法制备而得。

23、第三方面，本发明还提供一种三元正极材料，通过上述三元氧化物前驱体制备而得。

24、第四方面，本发明还提供一种锂电池，通过上述三元正极材料制备而得。

25、本发明具有以下有益效果：通过采用喷雾热解的方式，反应过程中通过将焙烧炉分区设计，自上而下依次设置的炉顶、一区、二区和炉底，精确控制各区的温度，雾化后的物料从炉顶进入后先进入低温区使物料主要发生干燥的过程，然后进入高温区进行热解，能够更好地控制物料的反应进程，制备得到的产品粒度更加均匀，产品的粒径分布更加集中。

26、本发明采用喷雾热解的工艺相对于现有的湿法工艺还具有以下优点：(1)能够有效减少生产过程中所需要的辅助设备及物料，减少用于废弃物处理及副产物回收等消耗；(2)有利于减少废气物排放，能够回收废气产生的再生酸可以用以生产原料，符合绿色循环理念，有着广阔的应用空间及发展前景。

技术特征：

1.一种三元氧化物前驱体的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述焙烧炉中所述炉顶的温度区间高度为1m-2m，所述一区的温度区间高度为0.5m-1.5m，所述二区的温度区间高度为0.5m-1.5m，所述炉底的温度区间高度为0.2m-1.0m；

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，经所述雾化器雾化后的物料从所述炉顶进入所述焙烧炉，反应之后的物料从所述炉底出料，然后将热解之后的物料进行气固分离得到固体物料和废气；

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述反应溶液通过进料泵输送至所述雾化器进行雾化，控制所述反应溶液的流量为1.5l/h-4l/h；

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述反应溶液的制备过程包括：将镍源、钴源和锰源按照ni、co、mn摩尔比为x：y：z混合溶解得到混合溶液，将所述混合溶液与表面活性剂混合；

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂选自甘油、丙二醇和卵磷脂中的至少一种；

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述镍源选自氯化镍、硝酸镍、醋酸镍和草酸镍中的至少一种，所述钴源选自氯化钴、硝酸钴、醋酸钴和草酸钴中的至少一种，所述锰源选自氯化锰、硝酸锰、醋酸锰和草酸锰中的至少一种。

8.一种三元氧化物前驱体，其特征在于，通过权利要求1-7中任一项所述的制备方法制备而得。

9.一种三元正极材料，其特征在于，通过权利要求8所述的三元氧化物前驱体制备而得。

10.一种锂电池，其特征在于，通过权利要求9所述的三元正极材料制备而得。

技术总结本发明公开了一种三元氧化物前驱体、其制备方法及应用，涉及锂电池技术领域。三元氧化物前驱体的制备方法包括：将镍源、钴源和锰源混合溶解后形成反应溶液，将反应溶液进行喷雾热解；其中，用于喷雾热解的设备包括雾化器和焙烧炉，雾化器的出料端与焙烧炉的顶部进口连通，反应过程中通过将焙烧炉分区设计，自上而下依次设置的炉顶、一区、二区和炉底，精确控制各区的温度，雾化后的物料从炉顶进入后先进入低温区使物料主要发生干燥的过程，然后进入高温区进行热解，能够更好地控制物料的反应进程，制备得到的产品粒度更加均匀，产品的粒径分布更加集中。技术研发人员：牛帅帅,任士栋,沈震雷,李付杰,吕海斌受保护的技术使用者：华友新能源科技（衢州）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29