[發明專利]一種高鎳低鈷正極材料及其制備方法和鋰離子電池

有效

• 申請號: 202211322604.9
• 申請日: 2022-10-27
• 公開（公告）號: CN115385400B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 郝長旺;張萍;徐子昂;朱勇;周宇環;龔仕洪;張彬;范未峰;王政強;張鄭
• 申請（專利權）人: 宜賓鋰寶新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;C01G53/00;H01M4/36;H01M4/505;H01M10/0525
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 郭蓮梅

1.一種高鎳低鈷正極材料的制備方法，其特征在于，包括：

將制備得到的單晶鎳鈷錳前驅體和多晶鎳鈷錳前驅體分別與鋰源在氧氣氣氛下進行一次燒結后得到鎳鈷錳單晶材料和鎳鈷錳多晶材料，將所述鎳鈷錳單晶材料和所述鎳鈷錳多晶材料進行摻混，然后依次進行水洗、固液分離和干燥，將干燥后的物料和包覆劑混合后進行二次燒結；

其中，單晶鎳鈷錳前驅體的顆粒尺寸小于多晶鎳鈷錳前驅體的顆粒尺寸；

所述水洗的過程所采用的水洗溶液的制備過程包括：將一次燒結所產生的廢氣與水混合；

所述干燥過程所采用的氣氛選自二次燒結所產生的廢氣和一次燒結冷卻段所產生的廢氣中的至少一種；

將干燥后的物料和包覆劑混合過程中，通入一次燒結所產生的廢氣。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述一次燒結的過程包括：

將所述單晶鎳鈷錳前驅體與鋰源混合在氧氣氣氛、810℃-925℃的條件下燒結10h-15h得到所述鎳鈷錳單晶材料；

將所述多晶鎳鈷錳前驅體與鋰源混合在氧氣氣氛、700℃-850℃的條件下燒結8h-12h得到所述鎳鈷錳多晶材料；

其中，所述鋰源選自氫氧化鋰、硝酸鋰和氯化鋰中的至少一種；

單晶鎳鈷錳前驅體顆粒D50為3μm-4μm，多晶鎳鈷錳前驅體顆粒D50為8μm-10μm。

3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述單晶鎳鈷錳前驅體和所述多晶鎳鈷錳前驅體的化學式為Ni_xCo_yMn_z(OH)₂，x+y+z＝1；x=0.65~0.95；y= (1-x)/(x+1)；

所述單晶鎳鈷錳前驅體和所述多晶鎳鈷錳前驅體進行一次燒結時，控制前驅體和所述鋰源中鋰元素的摩爾比為1：m，m=1.04-1.07。

4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述單晶鎳鈷錳前驅體和所述多晶鎳鈷錳前驅體均是采用共沉淀反應制備而得，制備過程包括：

將鎳鹽、鈷鹽和錳鹽按照鎳鈷錳摩爾比為x:y:z混合，在加入沉淀劑和螯合劑的條件下進行共沉淀，共沉淀過程控制在惰性氣氛下進行，控制體系pH值為10.5-11.5，溫度為45℃-55℃，當沉積得到所需尺寸的前驅體后進行水洗、干燥；

其中，所述沉淀劑為3mol/L-5mol/L的氫氧化鈉溶液，所述螯合劑為8mol/L-12mol/L的氨水溶液。

5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，將所述鎳鈷錳單晶材料和所述鎳鈷錳多晶材料進行摻混的過程包括：將所述鎳鈷錳單晶材料粉碎至D50為3μm-5μm，將所述鎳鈷錳多晶材料粉碎至D50為9μm-11μm，將粉碎后的所述鎳鈷錳單晶材料和所述鎳鈷錳多晶材料按照質量比為2:4-10混合。

6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，水洗溶液的制備過程包括：將一次燒結所產生廢氣通入水中，每升水對應廢氣的體積為3m³-5m³；

在水洗時，將摻混后的物料置于所述水洗溶液中，在攪拌的條件進行水洗；控制每升水洗溶液對應摻混后的物料的質量為0.5kg-2kg；

在水洗時，控制攪拌頻率為100Hz-200Hz，攪拌時間為10min-20min。

7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在水洗后進行固液分離，將得到的固體物料在攪拌的條件下進行干燥，在干燥過程中以40L/min-60L/min的速率通入廢氣；控制攪拌速率為50rpm-200rpm，干燥時間為4h-8h；

其中，所述固液分離是采用壓濾的方式進行。