[发明专利]低镍无钴前驱体及正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低镍无钴前驱体的制备方法，包括如下步骤：S1、将可溶性镍盐、可溶性锰盐混合加入纯水配成镍锰无机盐混合液；将可溶性镁盐、可溶性铝盐混合加入纯水配成镁铝无机盐混合液；S2、准备体积分数为10～25％的氨水溶液和体积分数为25～40％的氢氧化钠溶液；S3、以所述镍锰无机盐混合液、氨水溶液、氢氧化钠溶液为原料进行共沉淀反应；当反应进行至达到产品所需粒度后，将反应釜中浆料转移至陈化槽，边搅拌边加入所述镁铝无机盐混合液，混合均匀后陈化2～20h，然后依次过滤、洗涤、干燥、筛分，得到低镍无钴前驱体。其优点是：可显著提升无钴正极材料的比容量和循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池生产技术，尤其是一种前驱体生产技术。

背景技术

随着新能源的快速发展，锂离子电池已成为新能源和科技关注的焦点，从早期的数码相机、移动电话、笔记本电脑等3C电子产品的应用延伸到目前的纯电动汽车、插电式混合汽车等交通工具上，被称为21世纪的“绿色环保电源”。但是技术快速发展的同时，正极材料(NCM或NCA)却成为了锂离子电池进一步发展的瓶颈，主要由于正极材料中的Co元素，资源缺乏，价格昂贵，且有勃于环境友好。因此，寻求一种低成本的环境友好型无钴正极材料，是锂离子电池突破瓶颈突飞猛进的必经之路。

正极材料中的钴元素的主要作用是提高正极材料的安全性和循环稳定性，因此解决正极材料中钴元素起的作用是实现无钴正极材料的必然条件，可以选用Al，Mg两种元素来代替Co元素稳定正极材料结构，提高锂离子电池的循环寿命和安全性。

中国发明专利公布号为CN109970106A的专利，公开了一种高镍无钴前驱体及正极材料的大规模制备方法，该专利通过共沉淀法制备高镍无钴前驱体，再与金属元素(Ti，Al，Mg，Si，B，Ce中的一种)及含锂化合物混合均匀后，烧结粉碎得到高镍无钴正极材料。

发明内容

为进一步提高低镍无钴前驱体及正极材料的电化学性能，本发明提供了一种低镍无钴前驱体及正极材料及其制备方法。

本发明所采用的技术方案是：低镍无钴前驱体的制备方法，包括如下步骤：

S1、将可溶性镍盐、可溶性锰盐混合加入纯水配成金属离子浓度为0.1～2M的镍锰无机盐混合液；将可溶性镁盐、可溶性铝盐混合加入纯水配成金属离子浓度为0.1～0.5M的镁铝无机盐混合液；

S2、准备体积分数为10～25％的氨水溶液和体积分数为25～40％的氢氧化钠溶液；

S3、以所述镍锰无机盐混合液、氨水溶液、氢氧化钠溶液为原料进行共沉淀反应；当反应进行至达到产品所需粒度后，将反应釜中浆料转移至陈化槽，边搅拌边加入所述镁铝无机盐混合液，混合均匀后陈化2～20h，然后依次过滤、洗涤、干燥、筛分，得到低镍无钴前驱体。

作为本发明的进一步改进，所述可溶性镍盐、可溶性锰盐、可溶性镁盐、可溶性铝盐的摩尔比例按照Ni:Mn:Mg:Al＝20:60～90:1～5:1～5。

作为本发明的进一步改进，所述共沉淀反应具体为：在反应釜中加入需求量的底液，通入氮气保护，加热并加入所述氨水溶液调节反应底液的氨值至工艺所需，至反应温度后，加入所述氢氧化钠溶液调节pH至工艺所需，然后将所述镍锰无机盐混合液、氨水溶液、氢氧化钠溶液同时注入反应釜，继续通入氮气，并通过调整工艺参数控制产物的粒度和形貌。

作为本发明的进一步改进，所述可溶性镍盐选自硫酸镍、硝酸镍、碳酸镍、醋酸镍中的一种或任意几种的混合；所述可溶性锰盐选自硫酸锰、硝酸锰、碳酸锰、醋酸锰中的一种或任意几种的混合；所述可溶性镁盐选自硫酸镁、硝酸镁、碳酸镁、醋酸镁中的一种或任意几种的混合；所述可溶性铝盐选自硫酸铝、硝酸铝、碳酸铝、醋酸铝中的一种或任意几种的混合。

本发明还公开了一种低镍无钴前驱体，其即是由上述低镍无钴前驱体的制备方法所制得。