[发明专利]锂镍锰氧正极材料及其前驱体及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池正极材料及其前驱体及相应的制备方法，尤其涉及一种镍锰二元正极材料及其前驱体及制备方法。

背景技术

近年来，大尺寸屏幕型移动数字终端以及插电或纯电动汽车快速兴起，为获得理想的循环寿命以及续航能力，市场对二次锂离子电池容量以及循环性能等各项指标要求日益提高。含钴类二次电池在电池容量与循环性能上很好地满足了市场需求，但是受钴价格较高的影响，此类电池难以大规模进入各类市场。

尖晶石型LiMn₂O₄材料由于其价格低廉、充放电安全、以及较高的电压平台而广受关注，在部分数字终端以及动力电池等领域的应用越来越广泛。但是在充放电过程中，尖晶石型LiMn₂O₄固有的Jahn-Teller效应会导致晶格畸变，从而影响该型锰酸锂的循环性能以及稳定性，其应用范围也受到相应限制。作为尖晶石型LiMn₂O₄的改进型材料，锂镍锰氧正极材料中的镍部分替代尖晶石中的三价锰，有效抑制了Jahn-Teller效应，从而保证了锂镍锰氧的循环寿命，因此锂镍锰氧材料是目前极具市场前景的正极材料。

传统工艺中，锂镍锰氧的前驱体即为镍锰氢氧化物，该前驱体的制备普遍采用碱液共沉方法，制备得到的该类型前驱体存在振实密度低、形貌不规则等缺点。前驱体嵌锂后形貌与密度有一定传承性，因此由该类型前驱体制得的正极材料也会存在形貌不规则、压实密度低等缺陷。可见，前驱体的制备及其性能对后续目标成品锂镍锰氧正极材料的性能有着重要影响，如何改进前驱体的制备工艺成为获得优质锂镍锰氧正极材料所要克服的技术难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、操作方便、成本低、可以有效提高产品振实密度以及电化学性能的锂镍锰氧正极材料及其前驱体的制备方法，并提供该制备方法获得的高性能锂镍锰氧正极材料。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种锂镍锰氧正极材料前驱体镍锰碳酸盐的制备方法，包括以下步骤：

（1）准备原料：使用纯水配制镍锰混合溶液（配制用的镍锰盐可以为任意的硫酸盐、氯化盐或硝酸盐），控制镍锰混合溶液中镍、锰元素的摩尔比为0.2～1，且镍、锰元素的总质量浓度为20g/L～200g/L（以金属元素含量计）；配制浓度为0.5mol/L～2mol/L的碳酸盐溶液；

（2）搅拌反应：以反应釜中的纯水为底液，控制底液温度为40℃～60℃，在搅拌底液的条件下缓慢泵入上述配制的碳酸盐溶液，控制泵入流量使混合后底液的pH值达到8.0～9.5并稳定；再将上述配制的镍锰混合溶液与碳酸盐溶液并流泵入反应釜中，控制碳酸盐溶液流量使pH值继续保持稳定（整个搅拌反应过程中pH值均优选控制为8.5～9.0中的某值）；在搅拌条件下，反应釜中生成的反应物浆料自反应釜上部溢流口连续流出，经输送管路进入陈化洗涤釜；再经纯水洗涤后低温真空干燥，得到球形镍锰碳酸盐颗粒。

上述球形镍锰碳酸盐颗粒的制备方法中，优选的，所述镍锰混合溶液中添加有络合剂，所述络合剂优选为氨水、铵盐、乙二胺四乙酸盐、柠檬酸中的一种或几种。

上述球形镍锰碳酸盐颗粒的制备方法中，优选的，所述碳酸盐溶液为碳酸钠溶液或碳酸氢铵溶液。

上述球形镍锰碳酸盐颗粒的制备方法中，优选的，所述镍锰混合溶液中还添加有Al、Cr、Co、Ti、Ca、Mg以及稀土金属元素中至少一种金属元素的易溶性盐，其添加量（以掺杂的金属元素质量计）为镍锰混合溶液中镍锰元素总质量的0.01%～5%。