[發明專利]一種富鋰錳基前驅體、及其制備方法和富鋰錳基正極材料

在審

• 申請號: 201811604271.2
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN109704415A
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 王輝;侯桃麗;李輝;喬亞非;陳校軍;王成云;徐峰;苗培霜
• 申請（專利權）人: 惠州億緯鋰能股份有限公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明涉及一種富鋰錳基前驅體、及其制備方法和富鋰錳基正極材料。所述富鋰錳基前驅體的制備方法，包括如下步驟：(1)將鎳鹽、鈷鹽、錳鹽和摻雜離子鹽溶于水中，得到混合鹽溶液；(2)在所述混合鹽溶液中加入沉淀劑和絡合劑，調節pH值，得到反應前驅體；(3)將所述反應前驅體進行間斷式超聲震蕩，得到富鋰錳基前驅體粗品。本發明調節反應體系的pH值，使得材料的粒度處于上漲階段，采用間斷式超聲震蕩控制反應體系中的粒度，當粒度超出控制指標時，開啟超聲震蕩器，使反應體系快速成核，粒度下降，當粒度下降至合格標準范圍后關閉超聲震蕩器，進而實現富鋰錳基前驅體的粒徑可控。

技術領域

本發明屬于鋰電池材料技術領域，具體涉及一種富鋰錳基前驅體、及其制備方法和富鋰錳基正極材料。

背景技術

近些年鋰離子電池的使用領域在不斷拓展，從傳統3C產品到目前的電動汽車和智能電網，新能源產業對鋰離子電池特別是高能量密度鋰電池的需求越來越迫切。為滿足此需求，大量研究工作致力于尋找開發具有高比容量的電極材料。富鋰錳基正極材料因其具有比容量高、熱穩定性好、循環性能良好、充放電電壓范圍寬且價格低廉、對環境友好等優點吸引了行業內許多專家和學者的深入研究，具有很大的開發潛力。

雖然富鋰錳基正極材料具有超過250mAh/g的高比容量，但是應用到實際生產中仍存在許多問題，包括首效較低、循環過程中有明顯的電壓和容量衰減。目前工業生產的富鋰錳基正極材料電化學性能較差的主要原因是顆粒大小不均，大顆粒在循環過程中易發生破碎、粉化和脫離，小顆粒會與電解液發生較多副反應，進而導致電池性能的衰減。

富鋰錳基前驅體的粒徑對富鋰錳基正極材料的影響較大，目前富鋰錳基前驅體多采用共沉淀法進行工業生產，這種合成方法會造成前驅體合成過程出現周期性的粒度波動并引起材料形貌的不均一，最終影響材料的電化學性能。

CN108557905A公開了一種富鋰錳基材料前驅體，所述富鋰錳基材料前驅體為頁片狀形貌的富鋰錳基材料碳酸鹽前驅體，所述富鋰錳基材料前驅體的制備過程包括：將混合鹽溶液與沉淀劑、絡合劑均以0.12L/h～0.9L/h的速度同時泵入反應器內，控制反應溫度為35～65℃，pH值為7.5～8.5，攪拌速度為400～1000rpm/min，反應結束后陳化5～20h，將沉淀物分離、洗滌、烘干，得到所述頁片狀富鋰錳基材料碳酸鹽前驅體。所述制備方法在制備富鋰錳基材料前驅體過程中，對富鋰錳基材料前驅體的粒徑較難控制，容易得到細小顆粒，且反應周期較長。

CN104466162B公開了一種梯度富鋰錳基前驅體及梯度富鋰錳基正極材料的制備方法，配置錳離子含量不同的混合溶液A、混合溶液B以及溶液C，并且先后加入第一反應器、第二反應器和第三反應器反應，第一反應器、第二反應器和第三反應器串聯循環反應，得到梯度富鋰錳基前驅體。所述梯度富鋰錳基前驅體的制備過程復雜，反應周期較長，難以工業化生產。

CN106711439A公開了一種Mg、Ti復合摻雜富鋰錳基正極材料的制備方法，采用共沉淀法制備富鋰前驅體，所述富鋰前驅體的制備過程包括：將Ni、Co、Mn的金屬鹽按照其在通式中物質的量之比配置成混合溶液，將混合溶液分成體積不等的兩份，體積大的一份加入一定量的水溶性Ti鹽，體積小的一份加入一定量的水溶性Mg鹽；將含Ti混合溶液先加入到反應釜中，同時加入一定濃度的氫氧化鈉和氨水溶液，控制反應的pH為10.0～10.8，控制反應溫度為50～60℃；待含Ti混合溶液全部加完后，加入含Mg的混合溶液，控制條件與加入含Ti混合溶液時相同，待含Mg混合溶液全部加完后，整個反應溶液陳化6～24h，陳化完成后洗滌制備的前驅體至中性并充分干燥。所述方法得到的富鋰前驅體形貌和粒徑不均一，最終影響富鋰錳基正極材料的電化學性能。

因此，本領域需要開發一種新型富鋰錳基前驅體的制備方法，且制備過程簡單，可工業化生產，制備得到的富鋰錳基前驅體和富鋰錳基正極材料電化學性能優異。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的之一在于提供一種富鋰錳基前驅體的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：