[发明专利]三元正极材料前驱体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及能源材料技术领域，特别是涉及一种三元正极材料前驱体的制备方法，该三元正极材料前驱体应用于汽车动力电池、锂离子二次电池。

背景技术

锂离子电池锰系正极材料主要有LiMn₂O₄、LiNiMnO₂、LiNiCoMnO₂等。目前，研究最多的是LiNiCoMnO₂-镍钴锰三元正极材料，该材料的材料性能要明显优于其它电池正极材料，例如电压平台高、可逆比容量大、结构稳定、安全性能好。

合成LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂的方法主要有共沉淀法、溶胶凝胶法、乳液法、燃烧法和固相法等，其中共沉淀法是合成均相近球型三元正极较为理想的方法，但由于过渡金属离子的性能差异，在制备过程中共沉淀、过滤分离、洗涤等工艺操作中容易造成不稳定损失，造成组分偏析。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有三元正极材料粒度分布宽、形貌不佳、化学组成偏析的缺陷，提供一种三元正极材料前驱体的制备方法，所得镍钴锰氢氧化物三元前驱体其粒径分布窄，化学组分均匀，振实密度在1.86-1.95g/cm³之间。

为解决上述技术问题，本发明通过Ni、Co、Mn三元素纯溶液体系原子水平混合及配合喷雾干燥解决了传统三元正极材料前驱体制备带来的粒度分布、颗粒形貌问题及组分偏析问题。具体来说，本发明首先分别制备Mn(OH)₂、Co(NH₃)₆²⁺、Ni(NH₃)₆²⁺溶液，而后将上述溶液按照一定的Ni：Co：Mn摩尔比混合，然后直接进行压力喷雾干燥，制成镍钴锰三元正极材料前驱体，所得产品在粒度分布、化学组成方面取得了预料不到的有益效果。

具体而言，本发明采用的技术方案是，一种三元正极材料前驱体的制备方法，该方法包括如下步骤：

（1）Mn(OH)₂溶液的制备

将浓度为100-300g/L的可溶性二价锰盐溶液的温度控制在60～70℃范围内，通入氨气进行反应，待溶液pH值大于等于8.5时停止通入氨气；在60～70℃将溶液保温陈化；固液分离，将所得固相洗涤、溶于去离子水至溶液中Mn²⁺浓度为2～5g/L，得到Mn(OH)₂溶液；

（2）Ni(NH₃)₆²⁺溶液的制备

将浓度100-200g/L的可溶性二价镍盐溶液的温度控制在60～70℃范围内，通入氨气至pH值大于7，然后再加入碱性溶液至pH值大于11；固液分离，将所得固相洗涤、用过量氨水溶解，得到Ni(NH₃)₆²⁺溶液；

（3）Co(NH₃)₆²⁺溶液的制备

将浓度100-200g/L的可溶性二价钴盐溶液的温度控制在60～70℃范围内，通入氨气至pH值大于7，然后再加入碱性溶液至pH值大于11；固液分离，将所得固相洗涤、用过量氨水溶解，得到Co(NH₃)₆²⁺溶液；

（4）喷雾干燥

按照Ni：Co：Mn摩尔比例0＜Ni＜1，0＜Co＜0.5，Ni+Co＜1，将Ni(NH₃)₆²⁺溶液、Co(NH₃)₆²⁺和Mn(OH)₂溶液混合，然后采用压力喷雾干燥，得到镍钴锰三元正极材料前驱体。

前述的三元正极材料前驱体的制备方法，步骤（1）中，所述二价锰盐是硫酸锰；所述二价锰盐溶液的浓度为150-200g/L。

前述的三元正极材料前驱体的制备方法，步骤（2）中，所述二价镍盐是硫酸镍；所述二价镍盐溶液的浓度为150-200g/L。

前述的三元正极材料前驱体的制备方法，步骤（3）中，所述二价钴盐是硫酸钴；所述二价锰钴溶液的浓度为150-200g/L。