[发明专利]一种改性镍锰二元前驱体的制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池材料领域，主要提出一种改性镍锰二元前驱体的制备方法。该方法为在二元前驱体的共沉淀过程中加入分散剂及偶联剂。偶联剂填充前驱体生长过程中内部孔隙，同时其中金属元素与锰元素形成柱状结构，能够稳定二元前驱体内部结构；分散剂包覆在前驱体表面，稳定前驱体表面活性，维持反应体系的均匀性。前驱体材料混锂高温煅烧过程中，前驱体内部偶联剂分解，形成内部碳包覆以及金属掺杂；表面分散剂分解，形成外部碳包覆。煅烧得到的正极材料循环性能和倍率性能得到改善。本发明解决目前锂离子扩散效率低导致正极材料的倍率性能和循环性能较差的问题，实现正极材料无钴化，降低其制造成本，具有极高的商业价值。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种改性镍锰二元前驱体的制备方法。

背景技术

三元锂离子电池作为当代新型的绿色能源，具有能量密度高、能量效率高、无记忆效应、自放电率低等优点，已被广泛应用于电子产品、交通工具、大型储能电站及航空航天等相关领域。但其缺点也非常明显，价格高、循环性能欠佳、安全性欠佳。其价格高，主要是因为三元材料中的钴价格昂贵，为降低三元体系成本，目前研究方向朝低钴甚至无钴方向发展。而钴在三元体系中有稳定层状结构、提高锂离子扩散效率的作用，减少钴的含量会影响正极材料的电化学性能。

CN107973349A公布了一种掺铝的二元前驱体制备方法。在湿法合成过程中，通过掺杂铝在烧结过程中进入晶格替代部分锰的位置，起到稳定结构的作用，使得其在高倍率放电条件下循环性能得到改善。但所制得的前驱体材料振实偏低，不利于电池能量密度和加工性能的改善。CN103165878B公布了一种球形镍锰二元材料的制备方法。合成步骤简单，原料价格较为低廉，湿法合成过程的条件易于控制，生产效率高，烧结工艺较简单，但会产生微粉，微粉在循环过程中，过度脱锂，破坏内部结构，导致循环寿命减短；镍锰二元前驱体反应过程中晶核间存在团聚现象，在内部形成界面，影响锂离子迁移效率。

发明内容

为解决目前二元前驱体合成过程中，结构内部出现内核，其对应正极材料脱锂速度慢、内部结构坍塌严重等问题，本发明提出一种改性镍锰二元前驱体的制备方法。

本发明的解决方案是这样实现的：

一种改性镍锰二元前驱体的制备方法，主要构思在于湿法合成二元前驱体过程中，在共沉淀反应时，加入分散剂和偶联剂。

在上述基础之上，一种改性镍锰二元前驱体的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）配制含有镍盐和锰盐的混合溶液A；

（2）配制含有分散剂和氨水的混合溶液B；

（3）配制含有偶联剂的溶液C；

（4）配制强碱溶液、及包含氨水和强碱溶液的反应釜底液D；

（5）在搅拌的条件下，将混合溶液A、B、溶液C和强碱溶液注入到反应釜底液D中，控制体系pH以及反应温度，反应得到包含镍锰二元前驱体的反应浆料；

（6）将浆料过滤、洗涤、干燥，即得到改性镍锰二元前驱体。

进一步，所述镍盐和锰盐的混合溶液A中，镍盐和锰盐为硝酸盐、硫酸盐、氯化盐或卤素盐中的一种或者多种，混合盐总浓度为0.5-5mol/L。

进一步，所述分散剂和氨水的混合溶液B中，分散剂的种类为烷基磷酸酯盐、聚乙二醇双甲酯、乙二胺四乙酸二钠、冠醚、氨基酸等一种或者多种，分散剂的浓度为0.1-2mol/L；氨水浓度为0.1-8mol/L。

进一步，偶联剂为硅烷偶联剂（如正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丁酯、甲基三甲氧基硅烷等）、金属偶联剂（如四正丙基锆酸酯、铝酸三异丙酯、NDZ-401钛酸酯偶联剂）中的一种或多种，偶联剂的浓度为0.1-2mol/L。