[發明專利]一種無鈷正極材料前驅體及其制備方法

在審

• 申請號: 202110903854.0
• 申請日: 2021-08-06
• 公開（公告）號: CN113603158A
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 陳九華;胡進;楊志
• 申請（專利權）人: 湖南杉杉能源科技有限公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;C01G25/00;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 魏龍霞

本發明公開了一種無鈷正極材料前驅體，是以鎳錳氫氧化物為基體，基體的表面包覆有氫氧化鋯層。其制備方法包括：配制含鎳錳以及摻雜元素的混合鹽溶液；向反應釜中加入純水作為底液，然后加入氨水控制底液中氨水濃度為2?6g/L；再向反應釜中通入氮氣，將混合鹽溶液、沉淀劑、氨水加入反應釜中進行攪拌反應；最后向反應釜中加入ZrSO₄和(NH₄)₂SO₄繼續反應，反應結束后過濾、洗滌、烘干，得到無鈷正極材料前驅體。本發明的無鈷正極材料前驅體的表面包覆有氫氧化鋯層，起到穩定結構的作用，同時鋯的電子電導率高，對提高材料的倍率性能有更好的作用，從而彌補了無鈷正極材料前驅體去除鈷元素而引起循環性能和倍率性能的衰減缺陷。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料領域，尤其涉及一種無鈷正極材料前驅體及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池由于具有高比能量、循環壽命較長的優點，被廣泛應用于數碼、儲能、電動汽車等領域。鋰離子電池的諸多性能發揮很大程度上取決于鋰離子電池正極材料的性能；近年來隨著新能源汽車產業的迅速發展，對車載電池的性能和成本提出了更高的要求。三元正極材料由于具有放電容量高、循環壽命長等特點，在動力電池材料體系中應用越來越高，傳統的三元材料包括單晶型鎳鈷錳三元材料、高鎳型二次球顆粒鎳鈷錳、鎳鈷鋁三元材料等，由于金屬鈷元素較為稀缺，車載電池采用含鈷元素的三元材料電芯，成本與性能難以得到兼容，因此近年來逐漸在開發去鈷化或者無鈷化的電池材料。

然而無鈷正極材料相對于有鈷的三元正極材料，正極材料的熱穩定性和安全性能會變差，尤其是高鎳無鈷正極材料更為突出，由于其熱穩定性和安全性能一直未解決，限制了其應用。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種無鈷正極材料前驅體及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種無鈷正極材料前驅體，所述無鈷正極材料前驅體是以鎳錳氫氧化物為基體，所述基體的表面包覆有氫氧化鋯層。

上述的無鈷正極材料前驅體，優選的，所述基體的粒徑D50為3-15μm，所述氫氧化鋯層的厚度為0.1-0.3μm。

上述的無鈷正極材料前驅體，優選的，所述鎳錳氫氧化物的分子式為Ni_xMn_yM_z(OH)₂，其中，0.8≤x＜1，0＜y＜0.2，0＜z＜0.2，M為摻雜元素，摻雜元素選自W、Mg、Zn、Y中的一種或多種。

上述的無鈷正極材料前驅體，優選的，所述無鈷正極材料前驅體的001晶面的結晶強度為1500-2000，101晶面的結晶強度為1300-1800。

作為一個總的發明構思，本發明還提供一種上述的無鈷正極材料前驅體的制備方法，包括以下步驟：

(1)按照化學計量比，配制金屬離子總濃度為90-120g/L的含鎳錳以及摻雜元素的混合鹽溶液；

(2)向反應釜中加入純水作為底液，然后加入氨水，控制底液中氨水濃度為2-6g/L；

(3)向反應釜中通入氮氣，然后將步驟(1)制備的混合鹽溶液、沉淀劑、氨水加入反應釜中進行攪拌反應，控制反應過程中的pH為12-13；

(4)向反應釜中加入ZrSO₄和(NH₄)₂SO₄繼續反應，控制反應過程中的pH為11-12，反應結束后過濾、洗滌、烘干，得到無鈷正極材料前驅體。

上述的制備方法，優選的，步驟(2)和步驟(3)中，所述氨水的濃度為120-140g/L；步驟(3)中，所述沉淀劑為濃度為320-400g/L的氫氧化鈉溶液。