[發明專利]鈷包覆的鋰離子電池正極材料前驅體及制備方法和應用

無效

• 申請號: 201210099388.6
• 申請日: 2012-04-06
• 公開（公告）號: CN103359795A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 魯勇生;謝松;柳俊
• 申請（專利權）人: 協鑫動力新材料（鹽城）有限公司
• 主分類號: C01G51/04
• 分類號: C01G51/04;C01G45/02;C01G53/04;H01M4/131;H01M4/525;H01M4/505;H01M4/1391
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司 11139
• 代理人: 孫皓晨

1.一種鈷包覆的復合多元鋰離子電池正極材料前驅體，具有以下分子式組成：Ni_xCo_y+zMn_1-x-y(OH)₂，其中，0＜x＜0.8，0＜y＜0.5，0＜z＜0.05；

該前驅體由核心部分和包覆在核心表面的納米四氧化三鈷層組成；

所述核心部分分子式組成為：Ni_kCo_nMn_1-k-n(OH)₂，其中，0＜k＜0.8，0＜n＜0.5。

2.根據權利要求1所述的前驅體，其特征在于，所述表面包覆的納米四氧化三鈷層是納米氫氧化鈷在強堿環境下由強氧化劑氧化得到。

3.一種鈷包覆的復合多元鋰離子電池正極材料前驅體的制備方法，包括以下步驟：

(1)將鎳、鈷、錳的硫酸鹽、硝酸鹽或氯化物在25-60℃下溶解在去離子水中配置成溶液A；

(2)將NaOH溶解在去離子水中配置成濃度為8-12mol/L的溶液B；

(3)配置質量濃度在15-25％的氨水溶液C；

(4)配置質量濃度為5％-40％的硫酸鈷、硝酸鈷或氯化鈷的去離子水溶液D；

(5)向反應釜中加入溶液A、B和C，充分攪拌，控制反應釜內溶液溫度在40-70℃，pH值在9，12范圍內，待通過共沉淀反應獲得的沉淀物達到粒度為3，20微米后停止反應，得到產物組成為Ni_kCo_nMn_1-k-n(OH)₂，其中，0＜k＜0.8，0＜n＜0.5，即前驅體的核心部分；

(6)將步驟(5)得到的產物經過濾后用去離子水洗滌直至pH值降到8-10；

(7)將步驟(6)得到的產品加入反應釜中，向反應釜中加入溶液B、C和D，充分攪拌，控制反應釜內溶液溫度在40-70℃，pH值在8-12范圍內，反應2-12h后停止反應；

(8)將步驟(7)得到的產物經過濾后用去離子水洗滌直至pH值降到8-10；

(9)將步驟(8)得到的產物加入質量濃度為20-30％的NaOH溶液中，按照每1000g前驅體加100-200g的比例加入強氧化劑，溫度控制在40-60℃，同時通氧氣并充分攪拌2-3小時后，將得到的產品經過濾后用去離子水洗滌直至pH值降到8-10，60-180℃下烘干4-10小時，所得固體分子式為Ni_xCo_y+zMn_1-x-y(OH)₂，其中，0＜x＜0.8，0＜y＜0.5，0＜z＜0.05，即得鈷包覆的復合多元鋰離子電池正極材料前驅體；

優選地，所述步驟(5)和(7)中是通過計量泵向反應釜中加入溶液，加入速度對于步驟(5)為12-24小時，對于步驟(7)應控制在2-4小時內；

優選地，所述步驟(9)中的強氧化劑是次氯酸鈉或過硫酸鈉。

4.根據權利要求3所述的鈷包覆的復合多元鋰離子電池正極材料前驅體的制備方法，其特征在于，核心部分分子式為Ni_kCo_nMn_1-k-n(OH)₂，其中，0＜k＜0.8，0＜n＜0.5，包覆后分子式為，Ni_xCo_y+zMn_1-x-y(OH)₂，其中，0＜x＜0.8，0＜y＜0.5，0＜z＜0.05。

5.權利要求1或2所述的前驅體的應用，其特征在于，將其用于制備鋰離子電池正極材料。

6.一種鈷包覆的復合多元鋰離子電池正極材料，其特征在于，具有如權利要求1或2所述的前驅體。

7.一種權利要求6所述的鈷包覆的復合多元鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于：通過將權利要求1或2所述的前驅體與碳酸鋰、硝酸鋰、氯化鋰、氧化鋁或氫氧化鋁混合焙燒得到。

8.根據權利要求7所述的方法，包括以下步驟：

將所述前驅體與碳酸鋰、硝酸鋰、氯化鋰、氧化鋁或氫氧化鋁按摩爾比1∶(1-1.2)混合均勻后在馬弗爐中多段焙燒，焙燒溫度350-1200℃，焙燒時間8-30h，然后經退火、破碎、除鐵、分級，即得。