[发明专利]镍钴锰三元材料、复合前驱体及前驱体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镍钴锰三元材料、复合前驱体及其前驱体的制备方法，尤其涉及应用于锂离子电池正极材料中的镍钴锰三元材料、复合前驱体及其前驱体的制备方法，更具体的涉及应用于锂离子电池正极材料中镍钴锰三元层状材料、复合前驱体及其前驱体的制备方法。

背景技术

锂电池是指含有锂的最基本电化学单位的电化学体系。锂电池可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，制备工艺简单，并且可以实现反复充电的功能，具有广阔的应用领域，涉及到例如移动通讯、生活娱乐、国防军事、航空航天、医疗设备等各个方面，除了开发各种便携式电子产品外，也在朝着大中型储能设备和动力电源方向发展，故成本低，能量密度高的锂离子电池具有更为广阔的开发前景。

锂离子电池通常包括正极材料、负极材料以及其他构成要素。其中，负极材料通常采用石墨，正极材料通常采用锰酸锂、钴酸锂(LiCoO₂)、磷酸铁锂(LiFePO₄)、镍钴锰酸锂四种常用的材料体系。所述的常用的正极材料按其形貌划分均可以分为层状形貌的正极材料和球形形貌的正极材料，两种不同形貌的正极材料是现有锂离子电池正极材料的研究方向。

相对来讲，钴酸锂和磷酸铁锂无论是何种形貌，其能量密度较低，放电比容量普遍低于200mAh·g-1，无法满足人们对大中型储能设备如航空电源以及动力电池高比能量的需求；但现有研究中表明，球状形貌的镍钴锰酸锂以其高于200mAh·g^-1的高比容量，低成本以及较稳定的结构优势受到国内外研究者的广泛关注。

现有球状形貌的镍钴锰酸锂[Li₂(NiCoMn)MO₃或Li(NiCoMn)O₂]的制备关键在于其制备过程中的操作步骤或工艺参数。影响镍钴锰酸锂的性能稳定性的因素主要在于充放电过程中是否能抑制或延缓其从层状结构向尖晶石结构的转变。目前，针对这一问题，主要采用的制备方法是共沉淀法。共沉淀法通常为在金属离子溶液中加入相应的沉淀剂，就可使金属离子均匀沉淀，达到原子水平的混合，得到粒度小且分布均匀的镍钴锰三元材料前驱体，然后将镍钴锰三元材料前驱体混锂烧结就能得到镍钴锰三元材料。但在采用共沉淀法制备镍钴锰三元材料前驱体的过程中为了保证金属离子的均匀沉淀，通常会通过加入pH调节剂、络合剂、表面活性剂等的方法来控制沉淀反应的晶体成核速率、生长速率和金属离子的均匀沉淀，而这些方法常用的pH 调节剂、例如氨水的络合剂、表面活性剂等的引入，不仅会在镍钴锰三元材料前驱体中引入杂质离子，导致前驱体本身的纯度不够，加速了其在充放电过程中从层状形貌向尖晶石结构转变的几率，同时由于杂质离子的引入，导致金属离子无法实现均匀沉淀，而且还会增加后期洗涤的困难，污水处理成本高，造成环境污染和高成本生产。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种镍钴锰三元材料及其前驱体的制备方法，其不仅可以有效避免引入其他杂质离子，提高所得材料及其前驱体的纯度，所得晶体中不同金属离子分布较为均匀，同时还可以降低后期洗涤的困难，降低污水处理成本，降低对环境污染的几率。

为解决以上技术问题，本申请提供的第一方面的技术方案为采用一种镍钴锰三元材料前驱体的制备方法，包括以下步骤，

1)将镍钴锰的可溶性盐配成溶液A，将沉淀剂配成溶液B；

2)在搅拌作用下，将溶液A和溶液B分流滴加入同一反应容器中得到溶液 C至产生沉淀；

3)处理步骤2)所得产生沉淀的溶液C，得到镍钴锰三元材料前驱体。

优选的，所述步骤2)中滴加之前，同一反应容器内不含有反应底液。

优选的，所述反应底液包括溶液A或溶液B。

优选的，步骤2)的搅拌速度是500-2000r/min。

优选的，所述镍钴锰的可溶性盐是硫酸盐、硝酸盐中的至少一种。

优选的，所述沉淀剂是碳酸钠或碳酸氢钠中的至少一种。

优选的，所述溶液C的pH值是7-9和/或溶液C的温度是10-70℃。

优选的，所述溶液A的滴加速度是V1，溶液B的滴加速度是V2，V1＝V₀，V2＝V₀＇ +kt，其中V0和V₀＇是固定值，t是时间，k是变量系数，并且k<0。

优选的，V₀：V₀＇是1:(1-1.5)。