[发明专利]镍锰二元前驱体及其制备方法、镍锰正极材料和电池

说明书

本申请提供了镍锰二元前驱体及其制备方法、镍锰正极材料和电池，一种镍锰二元前驱体，镍锰二元前驱体的晶体结构包括内核和堆叠于内核外表面的外壳，内核具有微孔结构，外壳由条状结构堆叠形成。在应用于制备镍锰正极材料时，在烧结过程中可促进添加剂或锂盐快速进入孔内，提高了掺杂、混料、包覆的均匀性，并且镍锰二元前驱体颗粒的结构在镍锰正极材料中可以得到良好的继承，进而在所组装的锂离子电池充放电过程避免了镍锰正极材料晶体内微裂纹的形成和晶体结构降解，减小了不可逆的晶格氧氧化还原可能性；提供了具有优异性能的无钴镍锰二元前驱体材料，减少了钴材料，降低了材料成本，制成的镍锰正极材料能有效提高倍率性能和降低电阻。

技术领域

本申请属于电极材料技术领域，更具体地说，是涉及镍锰二元前驱体及其制备方法、镍锰正极材料和电池。

背景技术

随着电动汽车等行业的发展，人们开始寻求更高能量密度，更低成本的锂离子电池技术。锂离子电池的主流体系为磷酸铁锂体系以及三元体系。三元体系在能量密度、工作电压、低温作业方面都有显著的优势，但其缺点也非常明显，价格高、安全性欠佳。其价格高的主要原因是三元正极材料中的钴价格昂贵，导致三元正极材料的成本提高。为降低三元体系成本，研究方向逐渐朝着低钴甚至无钴、富镍方向发展。而钴在三元正极材料中具有稳定材料层状结构的作用，使得锂电材料能够解决当今时代“续航焦虑”及稳定性的问题，减少Li/Ni混排，单纯降低钴含量或减去钴会影响三元体系的电化学性能。

现有的无钴二元材料颗粒为致密结构，应用作为锂离子电池的正极材料时，正极材料的倍率性能较差且电阻较大。如何开发出具有优异性能的无钴二元正极材料，降低材料成本，是目前本领域技术人员研究的重点和面临的挑战。

发明内容

基于此，本申请的一个目的是提供一种镍锰二元前驱体，以解决现有技术中存在的现有的无钴二元材料颗粒为致密结构，应用于锂离子电池时，锂离子电池的倍率性能较差且电阻较大的技术问题。

本申请的又一目的是提供一种镍锰二元前驱体的制备方法。

本申请的又一目的是提供一种镍锰正极材料。

本申请的再一目的是提供一种电池。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：

一种镍锰二元前驱体，镍锰二元前驱体的晶体结构包括内核和堆叠于内核外表面的外壳，内核具有微孔结构，外壳由条状结构堆叠形成。

可选地，内核的微孔结构为三维网状结构。

可选地，外壳由长为500-1200nm、宽为50-200nm的条状结构堆叠形成；和/或，内核的直径为1μm-5μm，外壳的厚度为1μm-10μm。

可选地，镍锰二元前驱体的D50粒径为2μm-15μm；和/或，

外壳厚度与内核的直径比值为1：(1-2)。

可选地，镍锰二元前驱体中镍元素与锰元素的摩尔比为(55-85)：(15-45)。

以及，一种镍锰二元前驱体的制备方法，包括以下步骤：

将第一原料溶液、磷酸盐溶液与底液混合，在碱性环境、预设温度和搅拌条件下，进行镍锰二元前驱体晶种生长反应，直至镍锰二元前驱体晶种达到预设粒度，获得镍锰二元前驱体晶种溶液，镍锰二元前驱体晶种具有微孔结构；第一原料溶液包括镍盐和锰盐；底液包括有机醇；

将镍锰二元前驱体晶种溶液与第二原料溶液混合，在碱性环境、预设温度和搅拌条件下，进行镍锰二元前驱体晶体生长反应，直至镍锰二元前驱体晶体达到目标粒度，得到镍锰二元前驱体浆料；第二原料溶液包括镍盐、锰盐和氨；

将镍锰二元前驱体浆料进行固液分离处理、洗涤处理、干燥处理，得到镍锰二元前驱体。

可选地，第一原料溶液还包括无机碱和氨；