[發(fā)明專利]低成本高容量倍率型鎳錳前驅(qū)體及其制備方法、正極材料

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410424231.5
• 申請日: 2014-08-26
• 公開（公告）號: CN104157872A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳明峰;張世龍;吉同棕;朱珠;王順林;倪湖炳
• 申請（專利權(quán)）人: 寧波金和新材料股份有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 余姚德盛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 33239
• 代理人: 胡小永

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種低成本高容量倍率型鎳錳前驅(qū)體的制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有電壓高，比電容量大，安全、環(huán)保等優(yōu)點而受到人們的廣泛關(guān)注。而鋰離子電池主要由正極材料、負(fù)極材料和電解液三大部分組成，其中正極材料對提升鋰離子電池綜合性能起著最關(guān)鍵的作用。

目前市場正極材料中，鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰以及錳酸鋰基本占據(jù)主導(dǎo)份額，其中氟酸鋰是最早投入商業(yè)化生產(chǎn)的鋰離子電池正極材料，但由于受到鈷酸鋰成本過高以及對環(huán)境造成破壞的因素，逐漸被其他的新型鋰離子電池正極材料所代替(包括鎳鈷錳三元材料以及以鎳鈷錳為主體的其他金屬元素的多元材料)；但是這種正極材料加工難度大，且仍然會對環(huán)境造成污染。

現(xiàn)有技術(shù)發(fā)明專利CN201210525623.1《鋰離子電池正極材料前驅(qū)體及其制備方法》和CN201210525623.1《鎳鈷錳多元鋰離子電池正極材料前驅(qū)體的制備方法》中公開了鋰離子電池行業(yè)中常規(guī)的三元體系，而由于鈷價格高昂，因此有必要研發(fā)一種去除鈷元素的鎳錳二元正極材料來代替鎳鈷錳三元材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種低成本高容量倍率型鎳錳前驅(qū)體，并提供該前驅(qū)體的制備方法。本發(fā)明方法為一種鎳錳二元鋰離子正極材料前驅(qū)體的制備工藝，該方法優(yōu)化了傳統(tǒng)生產(chǎn)二元或者多元鋰離子正極材料前驅(qū)體中的工藝，大大地降低了生產(chǎn)成本；而且以本發(fā)明前驅(qū)體制備出來的正極材料電性能比傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)出來的材料電性能也得到了較大的提高。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：低成本高容量倍率型鎳錳前驅(qū)體的制備方法，所述鎳錳前驅(qū)體的化學(xué)式為Ni_xMn_1-x(OH)₂，并且其中0.5<x<0.9；所述方法包括以下步驟：

步驟一，使用鎳源、錳源和絡(luò)合劑制備第一溶液，使所述第一溶液含鎳錳離子混合總濃度為0.5～1mol/L、絡(luò)合劑含量為1.0-5.0g/L；其中鎳錳離子濃度比為：Ni：Mn＝0.5～0.9：0.1～0.5；所述絡(luò)合劑選自L-組氨酸、亞氨基二乙酸中的一種或者兩種；

步驟二，制備第二溶液，所述第二溶液為含2.0-10.0mol/L的氫氧化鈉溶液；

步驟三，將第一溶液與第二溶液并流通入反應(yīng)釜，控制第一溶液流量為100-250L/h，反應(yīng)溫度為25～40℃，pH范圍為9.00-12.00之間，攪拌轉(zhuǎn)速為200-400rpm；在反應(yīng)過程中嚴(yán)格控制反應(yīng)工藝參數(shù)，反應(yīng)完成進入陳化釜恒溫陳化8-24小時后，再將其進行洗滌，并在100-200℃條件下烘干，得到本發(fā)明所述低成本高容量倍率型鎳錳前驅(qū)體Ni_xMn_1-x(OH)₂。

進一步地，所述第一溶液的鎳源選自硫酸鎳或氯化鎳，錳源選自硫酸錳或者氯化錳。

采用上述方法制備的低成本高容量倍率型鎳錳前驅(qū)體為粒度D50＝3.0～4.0um，振實密度≥1.40g/ml，形貌規(guī)則的前驅(qū)體。

使用上述的前驅(qū)體Ni_xMn_1-x(OH)₂制備鋰電池正極材料的方法，還包括以下步驟：步驟四，將所述鎳錳前驅(qū)體Ni_xMn_1-x(OH)₂按照元素摩爾比(Ni+Mn)：Li＝1：1.07-1.1進行配鋰，進入高溫爐在500-900℃進行煅燒6-12小時后，得到所述鋰電池正極材料LiNixMn_1-xO₂。

進一步地，所述配鋰是指將所述鎳錳前驅(qū)體Ni_xMn_1-x(OH)₂與鋰源混合，所述的鋰源為碳酸鋰或者氫氧化鋰或者兩種物質(zhì)的混合。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)現(xiàn)今工業(yè)生產(chǎn)中制備二元或三元鋰離子正極材料前驅(qū)體大都使用氨水作為絡(luò)合劑；然而隨著社會發(fā)展對企業(yè)環(huán)境提出更高的要求，氨的對生產(chǎn)環(huán)境和水體的污染問題一直以來都受到廣泛關(guān)注，本文以無污染的有機物作為絡(luò)合劑，徹底解決了此問題。

(2)眾所周知，在鎳鈷錳三種金屬元素中，鈷的價格最高，而本發(fā)明制備的是一種鎳錳二元前驅(qū)體Ni_xMn_1-x(OH)₂，(其中0.5<x<0.9)不含鈷元素，使得成本得到顯著的降低。