[发明专利]一种无钴正极材料前驱体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种无钴正极材料前驱体，是以镍锰氢氧化物为基体，基体的表面包覆有氢氧化锆层。其制备方法包括：配制含镍锰以及掺杂元素的混合盐溶液；向反应釜中加入纯水作为底液，然后加入氨水控制底液中氨水浓度为2‑6g/L；再向反应釜中通入氮气，将混合盐溶液、沉淀剂、氨水加入反应釜中进行搅拌反应；最后向反应釜中加入ZrSO₄和(NH₄)₂SO₄继续反应，反应结束后过滤、洗涤、烘干，得到无钴正极材料前驱体。本发明的无钴正极材料前驱体的表面包覆有氢氧化锆层，起到稳定结构的作用，同时锆的电子电导率高，对提高材料的倍率性能有更好的作用，从而弥补了无钴正极材料前驱体去除钴元素而引起循环性能和倍率性能的衰减缺陷。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，尤其涉及一种无钴正极材料前驱体及其制备方法。

背景技术

锂离子电池由于具有高比能量、循环寿命较长的优点，被广泛应用于数码、储能、电动汽车等领域。锂离子电池的诸多性能发挥很大程度上取决于锂离子电池正极材料的性能；近年来随着新能源汽车产业的迅速发展，对车载电池的性能和成本提出了更高的要求。三元正极材料由于具有放电容量高、循环寿命长等特点，在动力电池材料体系中应用越来越高，传统的三元材料包括单晶型镍钴锰三元材料、高镍型二次球颗粒镍钴锰、镍钴铝三元材料等，由于金属钴元素较为稀缺，车载电池采用含钴元素的三元材料电芯，成本与性能难以得到兼容，因此近年来逐渐在开发去钴化或者无钴化的电池材料。

然而无钴正极材料相对于有钴的三元正极材料，正极材料的热稳定性和安全性能会变差，尤其是高镍无钴正极材料更为突出，由于其热稳定性和安全性能一直未解决，限制了其应用。

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，提供一种无钴正极材料前驱体及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种无钴正极材料前驱体，所述无钴正极材料前驱体是以镍锰氢氧化物为基体，所述基体的表面包覆有氢氧化锆层。

上述的无钴正极材料前驱体，优选的，所述基体的粒径D50为3-15μm，所述氢氧化锆层的厚度为0.1-0.3μm。

上述的无钴正极材料前驱体，优选的，所述镍锰氢氧化物的分子式为Ni_xMn_yM_z(OH)₂，其中，0.8≤x＜1，0＜y＜0.2，0＜z＜0.2，M为掺杂元素，掺杂元素选自W、Mg、Zn、Y中的一种或多种。

上述的无钴正极材料前驱体，优选的，所述无钴正极材料前驱体的001晶面的结晶强度为1500-2000，101晶面的结晶强度为1300-1800。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的无钴正极材料前驱体的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照化学计量比，配制金属离子总浓度为90-120g/L的含镍锰以及掺杂元素的混合盐溶液；

(2)向反应釜中加入纯水作为底液，然后加入氨水，控制底液中氨水浓度为2-6g/L；

(3)向反应釜中通入氮气，然后将步骤(1)制备的混合盐溶液、沉淀剂、氨水加入反应釜中进行搅拌反应，控制反应过程中的pH为12-13；

(4)向反应釜中加入ZrSO₄和(NH₄)₂SO₄继续反应，控制反应过程中的pH为11-12，反应结束后过滤、洗涤、烘干，得到无钴正极材料前驱体。

上述的制备方法，优选的，步骤(2)和步骤(3)中，所述氨水的浓度为120-140g/L；步骤(3)中，所述沉淀剂为浓度为320-400g/L的氢氧化钠溶液。