[发明专利]低成本高容量倍率型镍锰前驱体及其制备方法、正极材料

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种低成本高容量倍率型镍锰前驱体的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有电压高，比电容量大，安全、环保等优点而受到人们的广泛关注。而锂离子电池主要由正极材料、负极材料和电解液三大部分组成，其中正极材料对提升锂离子电池综合性能起着最关键的作用。

目前市场正极材料中，钴酸锂、镍钴锰酸锂以及锰酸锂基本占据主导份额，其中氟酸锂是最早投入商业化生产的锂离子电池正极材料，但由于受到钴酸锂成本过高以及对环境造成破坏的因素，逐渐被其他的新型锂离子电池正极材料所代替(包括镍钴锰三元材料以及以镍钴锰为主体的其他金属元素的多元材料)；但是这种正极材料加工难度大，且仍然会对环境造成污染。

现有技术发明专利CN201210525623.1《锂离子电池正极材料前驱体及其制备方法》和CN201210525623.1《镍钴锰多元锂离子电池正极材料前驱体的制备方法》中公开了锂离子电池行业中常规的三元体系，而由于钴价格高昂，因此有必要研发一种去除钴元素的镍锰二元正极材料来代替镍钴锰三元材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低成本高容量倍率型镍锰前驱体，并提供该前驱体的制备方法。本发明方法为一种镍锰二元锂离子正极材料前驱体的制备工艺，该方法优化了传统生产二元或者多元锂离子正极材料前驱体中的工艺，大大地降低了生产成本；而且以本发明前驱体制备出来的正极材料电性能比传统工艺生产出来的材料电性能也得到了较大的提高。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：低成本高容量倍率型镍锰前驱体的制备方法，所述镍锰前驱体的化学式为Ni_xMn_1-x(OH)₂，并且其中0.5<x<0.9；所述方法包括以下步骤：

步骤一，使用镍源、锰源和络合剂制备第一溶液，使所述第一溶液含镍锰离子混合总浓度为0.5～1mol/L、络合剂含量为1.0-5.0g/L；其中镍锰离子浓度比为：Ni：Mn＝0.5～0.9：0.1～0.5；所述络合剂选自L-组氨酸、亚氨基二乙酸中的一种或者两种；

步骤二，制备第二溶液，所述第二溶液为含2.0-10.0mol/L的氢氧化钠溶液；

步骤三，将第一溶液与第二溶液并流通入反应釜，控制第一溶液流量为100-250L/h，反应温度为25～40℃，pH范围为9.00-12.00之间，搅拌转速为200-400rpm；在反应过程中严格控制反应工艺参数，反应完成进入陈化釜恒温陈化8-24小时后，再将其进行洗涤，并在100-200℃条件下烘干，得到本发明所述低成本高容量倍率型镍锰前驱体Ni_xMn_1-x(OH)₂。

进一步地，所述第一溶液的镍源选自硫酸镍或氯化镍，锰源选自硫酸锰或者氯化锰。

采用上述方法制备的低成本高容量倍率型镍锰前驱体为粒度D50＝3.0～4.0um，振实密度≥1.40g/ml，形貌规则的前驱体。

使用上述的前驱体Ni_xMn_1-x(OH)₂制备锂电池正极材料的方法，还包括以下步骤：步骤四，将所述镍锰前驱体Ni_xMn_1-x(OH)₂按照元素摩尔比(Ni+Mn)：Li＝1：1.07-1.1进行配锂，进入高温炉在500-900℃进行煅烧6-12小时后，得到所述锂电池正极材料LiNixMn_1-xO₂。

进一步地，所述配锂是指将所述镍锰前驱体Ni_xMn_1-x(OH)₂与锂源混合，所述的锂源为碳酸锂或者氢氧化锂或者两种物质的混合。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)现今工业生产中制备二元或三元锂离子正极材料前驱体大都使用氨水作为络合剂；然而随着社会发展对企业环境提出更高的要求，氨的对生产环境和水体的污染问题一直以来都受到广泛关注，本文以无污染的有机物作为络合剂，彻底解决了此问题。

(2)众所周知，在镍钴锰三种金属元素中，钴的价格最高，而本发明制备的是一种镍锰二元前驱体Ni_xMn_1-x(OH)₂，(其中0.5<x<0.9)不含钴元素，使得成本得到显著的降低。