[發明專利]一種核殼結構的無鈷二元正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202110887157.0
• 申請日: 2021-08-03
• 公開（公告）號: CN113603157A
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 馬明遠;董豐愷;婁忠良;孫偉;張萍;郭平
• 申請（專利權）人: 天能帥福得能源股份有限公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 南昌合達信知識產權代理事務所(普通合伙) 36142
• 代理人: 張靜

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種核殼結構的無鈷二元正極材料的制備方法，通過共沉淀反應得到具有核殼結構的氫氧化物前驅體，氫氧化物前驅體再與鋰源燒結，得到核殼結構的無鈷二元正極材料。本發明方法實現前驅體顆粒中的Ni含量從核到殼呈降低趨勢，降低了表層Ni含量，從而提高材料表層自身結構穩定性并降低與電解液之間的副反應；通過本發明方法制備得到的正極材料，Ni含量從核到殼呈降低，利于材料表面Ni含量的最小化，體現了高循環和高安全性的優勢；本發明工藝簡單，反應易控制，商業化前景大，產品成本低，一致性好，電性能優異且更穩定。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種核殼結構的無鈷二元正極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池中的正極材料作用主要體現在兩個方面：一、電化學性能，就是安全性和循環壽命；二、成本構成，也就是成本經濟指標。相對于其它的電池材料，正極材料是目前構成電池成本的主要部分之一，因此，正極材料的研究已成為當前的研究熱點，尤其是三元正極材料。但是三元材料中的鈷元素價格相對較高，價格浮動較大，無法滿足企業低成本的實際要求，很難給顧客帶來價格實惠，所以本發明中舍棄了價格昂貴的鈷元素，制備了相對低成本的鎳錳二元正極材料。現有的研究(一種鋰離子電池錳酸鋰正極材料及其制備方法CN108878852A、鋰離子電池梯度核殼正極材料及其合成方法CN103236537A)證明核殼結構是一種能夠有效改善正極材料循環性能和熱穩定性的手段。核殼結構通常以高Ni含量作為核，高Mn、Co含量作為殼，目的在于降低材料表層的Ni含量，從而提高材料表層自身結構穩定性并降低與電解液之間的副反應。

發明內容

本發明的目的是在不犧牲結構穩定的情況下，提供一種無鈷二元正極材料的制備方法，降低生產成本，并改善正極材料的循環性能和安全、倍率性能，而且使工藝流程簡單化，反應易控制。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種核殼結構的無鈷二元正極材料的制備方法，包括如下步驟：

S1.在充滿氮氣保護的反應釜內，以去離子水為底液；

S2.將摩爾比為R的鎳、錳混合鹽溶液與氫氧化鈉溶液、氨水溶液按照一定的流量比例，連續流入一定體積的反應釜中；

S3.在40～70℃溫度、200～600r/min攪拌轉速的條件下，調節氨濃度、控制pH在10.5～13.0之間，鎳、錳混合鹽溶液與氫氧化鈉溶液、氨水溶液發生沉淀反應，得到前驅體U；

S4.以前驅體為底液，將摩爾比為Q的鎳、錳混合鹽溶液與氫氧化鈉溶液、氨水溶液按照一定的流量比例，連續流入一定體積的反應釜中；

S5.在40～70℃溫度、200～600r/min攪拌轉速的條件下，調節氨濃度、控制pH在10.5～13.0之間，鎳、錳混合鹽溶液與氫氧化鈉溶液、氨水溶液發生沉淀反應，得到前驅體V；

S6.前驅體V經沉淀、洗滌、烘箱干燥，得到二元鎳錳氫氧化物；

S7.將二元鎳錳氫氧化物與鋰源混勻后燒結，得到無鈷二元正極材料。

優選地，所述鎳、錳混合鹽溶液由鎳鹽、錳鹽按摩爾比1～3∶1～2制成，R≥Q，所述鎳鹽選自硫酸鎳、氯化鎳或硝酸鎳中的一種；所述錳鹽選自硫酸錳、氯化錳或硝酸錳中的一種。

優選地，所述無鈷二元正極材料為核殼結構，包括核層和殼層，所述核層中的鎳元素含量高于所述殼層中的鎳元素含量。

優選地，所述鎳、錳混合鹽溶液的金屬離子摩爾濃度為1.2～3.5mol/L。

優選地，所述氫氧化鈉溶液的濃度為20～32％wt，所述氨水溶液的濃度為10～25％wt。