[發明專利]無鈷高鎳三元正極材料、制法和用于制備電池正極的方法

在審

• 申請號: 202111000907.4
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113809294A
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 李喜飛;席玉坤;白毅坤;左稼軒;侯寧靜
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/485;H01M4/50;H01M4/505;H01M4/52;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 韓玙

1.一種無鈷高鎳三元正極材料，其特征在于，正極材料的分子式為LiNi_xFe_yMn_(1-x-y)O₂，其中0.6≤x≤0.8，0.1≤y≤0.2。

2.如權利要求1所述的一種無鈷高鎳三元正極材料，其特征在于，所述正極材料為平均粒徑2～10μm的球形或類球形，優選為4～8μm。

3.如權利要求1所述的一種無鈷高鎳三元正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、將鎳鹽、鐵鹽和錳鹽混合后溶入去離子水中，攪拌得到鹽溶液；

步驟2、將氫氧化鈉和氨水分別溶入去離子水中，得到氫氧化鈉溶液和氨水溶液；

步驟3、配備含有氫氧化鈉及氨水的底液，將底液加入通有N₂保護的高溫反應釜后預先加熱；

步驟4、將步驟1所得鹽溶液、步驟2所得氫氧化鈉溶液和氨水溶液同時加入步驟3的反應釜中進行共沉淀反應，洗滌、烘干后得到粉末狀混合前驅體；

步驟5、再將步驟4所得前驅體與鋰鹽在O₂氣氛下進行熱處理，即得。

4.如權利要求3所述的一種無鈷高鎳三元正極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟1中的鎳鹽為硫酸鎳、硝酸鎳、碳酸鎳或乙酸鎳中的一種或兩種以上混合物，優選為硫酸鎳；鐵鹽為硫酸亞鐵、硝酸亞鐵或氯化亞鐵中的一種或兩種以上混合物，優選為硫酸亞鐵；錳鹽為硫酸錳、硝酸錳、氯化錳、碳酸錳或乙酸錳中的一種或兩種以上混合物，優選為硫酸錳。

5.如權利要求3所述的一種無鈷高鎳三元正極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟1中鎳鹽、鐵鹽和錳鹽的混合比為摩爾比0.6～0.8:0.1～0.2:0.1～0.2，優選為0.8:0.1:0.1。

6.如權利要求3所述的一種無鈷高鎳三元正極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟2中氫氧化鈉和氨水的用量按步驟1中鎳鹽、鐵鹽和錳鹽的鎳鐵錳鹽總量確定，氫氧化鈉、氨水、鎳鐵錳鹽總量的混合比按摩爾比1.5～5:1～2:1計算，優選為2.5:1.8:1；步驟3中含有氫氧化鈉及氨水的底液pH為11～12，優選為11.5。

7.如權利要求3所述的一種無鈷高鎳三元正極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟5中的鋰鹽為碳酸鋰或氫氧化鋰中的一種或兩種以上混合物，優選為氫氧化鋰。

8.如權利要求3所述的一種無鈷高鎳三元正極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟5中前驅體與鋰鹽的混合比為摩爾比1:1～1.1，優選為1:1.05。

9.如權利要求3所述的一種無鈷高鎳三元正極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟1中的攪拌時長為30～120分鐘；步驟4的共沉淀反應過程中保持反應釜溫度為50～60℃，優選為55℃；應釜攪拌槳轉速600～1000轉/分鐘，優選為800轉/分鐘；所述步驟4中洗滌所用溶液為去離子水和無水乙醇；所述步驟4中烘干溫度50～100℃，優選為80℃；步驟5中熱處理溫度為700～900℃，優選為780℃；熱處理時間5～20h，優選為10h。

10.采用如權利要求1所述的一種無鈷高鎳三元正極材料制備鋰離子電池正極的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、按質量份數稱取以下組分：無鈷高鎳三元正極材料80份、乙炔黑10份、粘結劑10份；

步驟2、將步驟1中稱取的無鈷高鎳三元正極材料、乙炔黑和粘結劑溶于N-甲基吡咯烷酮后，涂在處理過的鋁箔上，烘干，即得。