[发明专利]一种镍锰基正极材料前驱体及其正极材料的合成方法

说明书

本发明属于锂离子电池材料制备领域，具体为一种镍锰基正极材料前驱体及其正极材料的合成方法。该合成方法包括步骤1)将可溶性T盐、可溶性镍盐和可溶性锰盐加入去离子水中，按比例进行配置金属盐溶液；2)取氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锂配制沉淀剂溶液；3)在沉淀反应器中加入纯水，金属粉末或金属氧化物，然后将金属盐溶液、沉淀剂溶液各自加热后再加入到沉淀反应器中进行共沉淀反应；趁热过滤；最后对过滤出的沉淀物用去离子水搅拌洗涤、真空干燥处理，得到镍锰基正极材料前驱体。再将所述前驱体与锂源混合、预焙烧、高温煅烧，制备得到的正极材料层状结构完善、晶化度好，电化学性能稳定，其充放电容量达200mAh/g以上。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料制备领域，具体涉及合成一种以镍和锰作为主要成分的二元、三元、或者四元及以上的多元正极材料NMT正极材料及其前驱体的合成方法，具体为一种镍锰基正极材料前驱体及其正极材料的合成方法。

背景技术

随着新能源的高速发展，高容量锂离子动力电池成为全球新能源产和科技的发展热点。作为影响锂电池容量关键部分的正极材料，更是目前技术攻关的重点，三元正极材料NCA、NCM，尤其是高镍NCA、NCM，具有容量大、电压平台高等优点，是目前锂电池研发的新热点。作为三元正极材料的关键中间体——NCA、NCM的前驱体Ni_1-x-yMn_xT_y(OH)₂，对三元正极材料(简称目标正极材料)的电化学性能和循环稳定性有十分重要的影响，因而三元正极材料前驱体的合成技术，又成为制约三元正极材料发展的瓶颈技术。

目前三元正极材料前驱体合成技术是：一般采用共沉淀——铵法，即在可溶性镍盐、钴盐、锰盐、铝盐及掺杂盐的混合水溶液中，加入碱溶液，发生共沉淀反应，生成共沉淀产物——Ni_1-x-yMn_xT_y(OH)₂，在共沉淀反应过程中，还加入铵盐或氢氧化铵等铵、或氨类物质，在较高温度(80℃以上)，较长反应时间(10-30小时)下搅拌，然后过滤、干燥，合成出前驱体。

三元正极材料比较成熟的成工艺是：将三元前驱体和氢氧化锂混合均匀，装料，采用辊道窑或推板窑分两次进行二次煅烧，第一次煅烧温度在300-550℃，第二次煅烧温度在600-950℃；煅烧时间在10-40小时，全程连续通入氧气。

目前一种以镍和锰作为主要成分的二元、三元、或者四元及以上的多元正极材料存在的主要问题是：

(1)电化学性能不稳定，在100次1C充放电倍率下，容量保持率≤80％；

(2)充放电容量不够高，首次充放电容量为170-190mAh/h；

(3)前驱体一般采用共沉淀法制备，为使其形成的前驱体(氢氧化物胶体)易于过滤，以得到纯度高、化学计量准确的前驱体，一般需加入铵盐或氢氧化铵等铵、或氨类等络合剂，使镍、锰等重金属离子被络合，从而形成易于过滤的球形颗粒前驱体，但也导致了镍、锰等重金属离子由于形成络离子而沉淀不完全(沉淀率≤95％)，致使过滤母液中镍、锰等重金属离子含量高，其回收难度大，成本高，生产的环境负荷大；且共沉淀反应时间较长(20-30小时)使产率低。

发明内容

本发明根据现有技术中存在的不足，提供一种镍锰基正极材料前驱体及其正极材料的合成方法。该方法可解决了以下技术问题：(1)提高镍和锰作为主要成分的二元、三元、或者四元及以上的多元正极材料的电化学稳定性和充放电容量低的问题；(2)三元正极材料前驱体在共沉淀过程中的过滤难问题；(2)共沉淀反应时间长、产率低的问题；(3)彻底消除三元正极材料生产过程中的重金属离子回收与污染问题。

为了实现以上发明目的，本发明的具体技术方案如下：

一种镍锰基正极材料前驱体的合成方法，其包括以下步骤：