[发明专利]一种掺铝的镍锰二元前驱体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种掺铝的镍锰二元前驱体，所述掺铝的镍锰二元前驱体的化学式为：Ni_xMn_3xAl_y(OH)_8x+3y，其中0.068﹤y/x﹤0.28，且x﹥0，y﹥0；所述掺铝的镍锰二元前驱体呈球形颗粒状，其粒径分布为：D₅₀=6～8μm，D₁₀=1～6μm，D₉₀=10～30μm。该镍锰二元前驱体，其粒径分布较窄，振实密度达到1.60 g/cm³，与碳酸锂烧结后，所得到的锂离子电池能量密度较高，电压平台高，循环性能良好，安全性能好，倍率性能优越。本发明还公开了制备方法，通过控制反应釜共沉淀过程，得到粒径分布较窄的球形颗粒，同时严格控制反应pH值和温度，避免了粒度波动大，导致产品性能变差的问题。

技术领域

本发明属于锂电池领域，尤其涉及一种掺铝的镍锰二元前驱体的制备方法。

背景技术

目前工业化生产锂电池电压最高一般为4.35V，锂电池采用的正极材料主要是钴酸锂，而钴酸锂成本较高，且有毒性。而镍锰二元正极材料与钴酸锂、锰酸锂、三元材料、磷酸亚铁锂等传统正极材料相比，具有电压平台高，安全性能好，循环性能、倍率性能优越，高电压电池配组容易等优势。

随着动力电池对材料的功率性能要求越来越高，加之近年来高电压电解液的研究取得进步，国内外企业已经意识到了高电压锰镍二元正极材料的发展潜力及其广阔市场，部分企业已经开始着手对高电压锰镍二元材料的开发工作。高电压镍锰二元材料的研究和开发始于2001年左右，经过多年的实验室积累，目前已经逐步走向商品化开发的轨道，世界多家电池企业已经在从事实用性锰镍二元材料电池的工作。但国内开发的镍锰二元材料性能不好，关键原因是镍锰二元前驱体性能达不到要求，如镍锰二元前驱体在高倍率放电下循环性能差，所以要开发好的镍锰二元正极材料，必先在开发好的镍锰二元前驱体。

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，提供一种在高倍率放电下循环性能优异的掺铝的镍锰二元前驱体的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为提供一种掺铝的镍锰二元前驱体，所述掺铝的镍锰二元前驱体的化学式为：Ni_xMn_3xAl_y(OH)_8x+3y，其中0.068﹤y/x﹤0.28，且x﹥0，y﹥0；所述掺铝的镍锰二元前驱体呈球形颗粒状，其粒径分布为：D₅₀=6～8μm，D₁₀=1～6μm，D₉₀=10～30μm。

在高倍率放电条件下，镍锰二元材料的循环性能、稳定性较差，掺入的铝在烧结时进入晶格中取代部分锰的位置，稳定结构，可以提高其循环性能、稳定性，以及提高放电电压平台。

上述掺铝的镍锰二元前驱体，优选的，所述掺铝的镍锰二元前驱体的比表面积为13～21 m²/g，振实密度为1.10～1.65 g/cm³。

基于一个总的技术构思，本发明还提供一种掺铝的镍锰二元前驱体的制备方法，包括如下步骤：

（1）将镍盐和锰盐溶解在纯水中，得到镍锰盐溶液；

（2）将铝盐溶解在过量氢氧化钠溶液中，得到偏铝酸钠溶液；

（3）在反应釜中加入初始浓度为0.03～0.05mol/L氨水至溢流口处，并通入氮气排空空气，启动搅拌，加入氢氧化钠溶液控制pH值为11.10～11.50，然后将步骤（1）后得到的镍锰盐溶液、步骤（2）后得到的偏铝酸钠溶液和氨水加入反应釜中进行反应，反应温度为55～65℃，待粒度D₅₀为6～8μm且无细粉及大颗粒时停止反应，经陈化，离心，干燥，过筛，除铁，得到掺铝的镍锰二元前驱体。