[发明专利]一种镍钴锰酸锂材料前驱体及其制备方法、以及由该前驱体制备的锂离子电池

说明书

本发明涉及一种镍钴锰酸锂材料前驱体及其制备方法、以及由该前驱体制备的锂离子电池。该镍钴锰酸锂材料前驱体呈球形，一次颗粒为发射条状，其化学分子式为Ni_1‑x‑yCo_xMn_y(OH)₂，其中0＜x＜0.2，0＜y＜0.2，振实密度为1.6‑1.9g/cm³，中位粒度D₅₀为6‑18μm，平均孔径为14‑18nm。该镍钴锰酸锂材料前驱体的制备方法是在传统一步法的基础上进行改进，由该方法制备的前驱体既具备单一防氧化条件下前驱体产品的特点，又具备单一氧化条件下前驱体产品的特点；由该前驱体制备生产的三元正极材料兼具高容量、高循环性能的优点，同时还具有压实密度高、热稳定性好、自放电率低等优点。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种镍钴锰酸锂材料前驱体及其制备方法、以及由该前驱体制备的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池作为一种新型绿色二次电池，具有比容量大、自放电小、质量轻、无记忆效应等优点，目前已广泛应用于各种移动式电子产品(如手机、相机、笔记本电脑等)、人造卫星、航天航空等领域，在电动汽车领域也获得突破性进展。为满足这些应用领域日益发展的需要，容量更大、倍率性能更高、循环寿命更长的锂离子二次电池的需求量不断增大，因此，对锂离子电池正极材料的比容量及倍率性能提出了越来越高的要求。

目前市场上锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂系列四大类。镍钴锰酸锂可调整前驱体中的镍、钴、锰的比例来满足材料的不同功能需求，所以其应用越来越广泛，在数码产品、储能和动力等方面都有使用。镍钴锰氢氧化物，即镍钴锰酸锂材料前驱体是生产镍钴锰酸锂的必需产品，前驱体的颗粒尺寸、形貌、结构对后续加工的镍钴锰酸锂尺寸、形貌、结构有直接的影响。因此镍钴锰酸锂材料前驱体的好坏直接决定了镍钴锰酸锂的好坏。

目前制备镍钴锰酸锂材料前驱体的常用方法为控制结晶氢氧化物共沉淀法，即将混合的金属盐溶液在络合剂的作用下与氢氧化钠沉淀得到混合金属氢氧化物沉淀。这种一步反应的制备方法较为普遍，产品通常有两种类型：一是在防氧化条件下制备出来的一次颗粒堆积紧密、振实密度高的前驱体；二是在有氧条件下制备出来的振实密度较低的前驱体。第一种前驱体烧结出来的正极材料容量较高但循环性能差，这是由于前驱体颗粒内部为一次颗粒致密堆积而成导致孔隙率较低，会在一定程度上阻碍锂离子扩散；而且随着充放电的不断进行，这种阻碍锂离子扩散的情况更为严重，导致后期容量明显下降。第二种前驱体烧结出来的正极材料循环性能较好但容量偏低，这是由于前驱体内部颗粒过于疏松，孔隙率过高，另外锂离子的扩散路径过长导致材料的能量密度较低。因此，研究开发一种在使用时能够兼顾电池容量和循环性能的镍钴锰酸锂材料前驱体具有重要意义和良好的市场前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种振实密度较高，可用于制备高容量、高循环性能锂电池正极材料的镍钴锰酸锂材料前驱体，还相应提供其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种镍钴锰酸锂材料前驱体，所述镍钴锰酸锂材料前驱体呈球形，一次颗粒为发射条状，其化学分子式为Ni_1-x-yCo_xMn_y(OH)₂，其中0＜x＜0.2，0＜y＜0.2，振实密度为1.6-1.9g/cm³，中位粒度D₅₀为6-18μm，平均孔径为14-18nm。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的镍钴锰酸锂材料前驱体的制备方法，包括以下步骤：

(1)将镍盐、钴盐、锰盐溶于去离子水中，配制成混合盐溶液A；将络合剂加入沉淀剂中，配制成混合溶液B；向反应釜内通入氮气，将底液加入反应釜中；