[发明专利]一种核壳结构的无钴二元正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种核壳结构的无钴二元正极材料的制备方法，通过共沉淀反应得到具有核壳结构的氢氧化物前驱体，氢氧化物前驱体再与锂源烧结，得到核壳结构的无钴二元正极材料。本发明方法实现前驱体颗粒中的Ni含量从核到壳呈降低趋势，降低了表层Ni含量，从而提高材料表层自身结构稳定性并降低与电解液之间的副反应；通过本发明方法制备得到的正极材料，Ni含量从核到壳呈降低，利于材料表面Ni含量的最小化，体现了高循环和高安全性的优势；本发明工艺简单，反应易控制，商业化前景大，产品成本低，一致性好，电性能优异且更稳定。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种核壳结构的无钴二元正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池中的正极材料作用主要体现在两个方面：一、电化学性能，就是安全性和循环寿命；二、成本构成，也就是成本经济指标。相对于其它的电池材料，正极材料是目前构成电池成本的主要部分之一，因此，正极材料的研究已成为当前的研究热点，尤其是三元正极材料。但是三元材料中的钴元素价格相对较高，价格浮动较大，无法满足企业低成本的实际要求，很难给顾客带来价格实惠，所以本发明中舍弃了价格昂贵的钴元素，制备了相对低成本的镍锰二元正极材料。现有的研究(一种锂离子电池锰酸锂正极材料及其制备方法CN108878852A、锂离子电池梯度核壳正极材料及其合成方法CN103236537A)证明核壳结构是一种能够有效改善正极材料循环性能和热稳定性的手段。核壳结构通常以高Ni含量作为核，高Mn、Co含量作为壳，目的在于降低材料表层的Ni含量，从而提高材料表层自身结构稳定性并降低与电解液之间的副反应。

发明内容

本发明的目的是在不牺牲结构稳定的情况下，提供一种无钴二元正极材料的制备方法，降低生产成本，并改善正极材料的循环性能和安全、倍率性能，而且使工艺流程简单化，反应易控制。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种核壳结构的无钴二元正极材料的制备方法，包括如下步骤：

S1.在充满氮气保护的反应釜内，以去离子水为底液；

S2.将摩尔比为R的镍、锰混合盐溶液与氢氧化钠溶液、氨水溶液按照一定的流量比例，连续流入一定体积的反应釜中；

S3.在40～70℃温度、200～600r/min搅拌转速的条件下，调节氨浓度、控制pH在10.5～13.0之间，镍、锰混合盐溶液与氢氧化钠溶液、氨水溶液发生沉淀反应，得到前驱体U；

S4.以前驱体为底液，将摩尔比为Q的镍、锰混合盐溶液与氢氧化钠溶液、氨水溶液按照一定的流量比例，连续流入一定体积的反应釜中；

S5.在40～70℃温度、200～600r/min搅拌转速的条件下，调节氨浓度、控制pH在10.5～13.0之间，镍、锰混合盐溶液与氢氧化钠溶液、氨水溶液发生沉淀反应，得到前驱体V；

S6.前驱体V经沉淀、洗涤、烘箱干燥，得到二元镍锰氢氧化物；

S7.将二元镍锰氢氧化物与锂源混匀后烧结，得到无钴二元正极材料。

优选地，所述镍、锰混合盐溶液由镍盐、锰盐按摩尔比1～3∶1～2制成，R≥Q，所述镍盐选自硫酸镍、氯化镍或硝酸镍中的一种；所述锰盐选自硫酸锰、氯化锰或硝酸锰中的一种。

优选地，所述无钴二元正极材料为核壳结构，包括核层和壳层，所述核层中的镍元素含量高于所述壳层中的镍元素含量。

优选地，所述镍、锰混合盐溶液的金属离子摩尔浓度为1.2～3.5mol/L。

优选地，所述氢氧化钠溶液的浓度为20～32％wt，所述氨水溶液的浓度为10～25％wt。