[發明專利]低鎳無鈷前驅體及正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202011059396.9
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112357972A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 鄭德兵;顏加明;張燕輝;杜先鋒;宋方亨
• 申請（專利權）人: 宜賓光原鋰電材料有限公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 成都泰合道知識產權代理有限公司 51231
• 代理人: 周宇杰

本發明公開了一種低鎳無鈷前驅體的制備方法，包括如下步驟：S1、將可溶性鎳鹽、可溶性錳鹽混合加入純水配成鎳錳無機鹽混合液；將可溶性鎂鹽、可溶性鋁鹽混合加入純水配成鎂鋁無機鹽混合液；S2、準備體積分數為10～25％的氨水溶液和體積分數為25～40％的氫氧化鈉溶液；S3、以所述鎳錳無機鹽混合液、氨水溶液、氫氧化鈉溶液為原料進行共沉淀反應；當反應進行至達到產品所需粒度后，將反應釜中漿料轉移至陳化槽，邊攪拌邊加入所述鎂鋁無機鹽混合液，混合均勻后陳化2～20h，然后依次過濾、洗滌、干燥、篩分，得到低鎳無鈷前驅體。其優點是：可顯著提升無鈷正極材料的比容量和循環性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池生產技術，尤其是一種前驅體生產技術。

背景技術

隨著新能源的快速發展，鋰離子電池已成為新能源和科技關注的焦點，從早期的數碼相機、移動電話、筆記本電腦等3C電子產品的應用延伸到目前的純電動汽車、插電式混合汽車等交通工具上，被稱為21世紀的“綠色環保電源”。但是技術快速發展的同時，正極材料(NCM或NCA)卻成為了鋰離子電池進一步發展的瓶頸，主要由于正極材料中的Co元素，資源缺乏，價格昂貴，且有勃于環境友好。因此，尋求一種低成本的環境友好型無鈷正極材料，是鋰離子電池突破瓶頸突飛猛進的必經之路。

正極材料中的鈷元素的主要作用是提高正極材料的安全性和循環穩定性，因此解決正極材料中鈷元素起的作用是實現無鈷正極材料的必然條件，可以選用Al，Mg兩種元素來代替Co元素穩定正極材料結構，提高鋰離子電池的循環壽命和安全性。

中國發明專利公布號為CN109970106A的專利，公開了一種高鎳無鈷前驅體及正極材料的大規模制備方法，該專利通過共沉淀法制備高鎳無鈷前驅體，再與金屬元素(Ti，Al，Mg，Si，B，Ce中的一種)及含鋰化合物混合均勻后，燒結粉碎得到高鎳無鈷正極材料。

發明內容

為進一步提高低鎳無鈷前驅體及正極材料的電化學性能，本發明提供了一種低鎳無鈷前驅體及正極材料及其制備方法。

本發明所采用的技術方案是：低鎳無鈷前驅體的制備方法，包括如下步驟：

S1、將可溶性鎳鹽、可溶性錳鹽混合加入純水配成金屬離子濃度為0.1～2M的鎳錳無機鹽混合液；將可溶性鎂鹽、可溶性鋁鹽混合加入純水配成金屬離子濃度為0.1～0.5M的鎂鋁無機鹽混合液；

S2、準備體積分數為10～25％的氨水溶液和體積分數為25～40％的氫氧化鈉溶液；

S3、以所述鎳錳無機鹽混合液、氨水溶液、氫氧化鈉溶液為原料進行共沉淀反應；當反應進行至達到產品所需粒度后，將反應釜中漿料轉移至陳化槽，邊攪拌邊加入所述鎂鋁無機鹽混合液，混合均勻后陳化2～20h，然后依次過濾、洗滌、干燥、篩分，得到低鎳無鈷前驅體。

作為本發明的進一步改進，所述可溶性鎳鹽、可溶性錳鹽、可溶性鎂鹽、可溶性鋁鹽的摩爾比例按照Ni:Mn:Mg:Al＝20:60～90:1～5:1～5。

作為本發明的進一步改進，所述共沉淀反應具體為：在反應釜中加入需求量的底液，通入氮氣保護，加熱并加入所述氨水溶液調節反應底液的氨值至工藝所需，至反應溫度后，加入所述氫氧化鈉溶液調節pH至工藝所需，然后將所述鎳錳無機鹽混合液、氨水溶液、氫氧化鈉溶液同時注入反應釜，繼續通入氮氣，并通過調整工藝參數控制產物的粒度和形貌。

作為本發明的進一步改進，所述可溶性鎳鹽選自硫酸鎳、硝酸鎳、碳酸鎳、醋酸鎳中的一種或任意幾種的混合；所述可溶性錳鹽選自硫酸錳、硝酸錳、碳酸錳、醋酸錳中的一種或任意幾種的混合；所述可溶性鎂鹽選自硫酸鎂、硝酸鎂、碳酸鎂、醋酸鎂中的一種或任意幾種的混合；所述可溶性鋁鹽選自硫酸鋁、硝酸鋁、碳酸鋁、醋酸鋁中的一種或任意幾種的混合。

本發明還公開了一種低鎳無鈷前驅體，其即是由上述低鎳無鈷前驅體的制備方法所制得。