[发明专利]一种高电压型镍锰二元正极材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种高电压型镍锰二元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备球形的锰包覆镍型镍锰二元前驱体S；

(2)制备锆掺杂的高比表面积、高活性的催化剂型掺杂物P；

(3)将镍锰二元前驱体S、锂源以及催化剂型掺杂物P按照一定的比例混合均匀后，进行一次煅烧，并经自然冷却、破碎和过筛后，得到掺杂了铌、锆和磷的高电压型镍锰二元正极材料；

所述球形的锰包覆镍型镍锰二元前驱体S的制备方法，包括以下步骤：

(1)将高纯可溶性锰盐，用去离子水配置Mn²⁺浓度为0.5～1.2mol/L的溶液，过滤备用，采用氢氧化钠溶液，以去离子水配置成0.8～1.5mol/L的溶液，过滤备用；所述可溶性锰盐为硫酸锰、氯化锰或硝酸锰中的一种；

(2)在密闭容器和氮气保护氛围中，将上述锰盐溶液缓慢滴加到氢氧化钠溶液中，控制加料时间为15～40min，反应完成后，经过滤、洗涤得到氢氧化锰；

(3)将粒径D50＝4～6μm的电池级球形氢氧化镍用去离子水配置成浓度为50～100g/L悬浮液，以氢氧化钠溶液调节溶液pH值为7～8，控制一定的搅拌速度，将上述氢氧化锰缓慢加入到氢氧化镍悬浮液中，同时通入空气氧化，控制空气流量为0.3～0.5m³/h，反应温度为20～80℃，反应时间为8～24h，使生成的四氧化三锰均匀包覆在球形氢氧化镍表面，过滤、洗涤和烘干后，得到球形的锰包覆镍型镍锰二元前驱体，其颗粒D50为9.0～10.5μm；

所述锆掺杂的高比表面积、高活性的催化剂型掺杂物P的制备方法，包括以下步骤：

(1)将粒径为3-5μm的磷酸氧铌粉末，用去离子水配置成悬浮液，浓度为3～20g/L，超声分散10～20min，得到均匀的磷酸氧铌溶液备用；将醋酸锆溶液以醋酸溶液配置成60～100g/L的溶液备用；

(2)在搅拌条件下将上述醋酸锆溶液缓慢滴加到磷酸氧铌悬浮液中，以氨水维持反应体系的pH为7，控制反应温度20～60℃，加料时间30～60min，加料完成后，继续反应30min，过滤、洗涤和烘干，所得催化剂型掺杂物的前驱体在550～700℃下烧结6～8h，自然冷却，粉碎，控制颗粒D50为2～4μm，得到锆掺杂的高比表面积、高活性的催化剂型掺杂物P。

2.根据权利要求1所述的一种高电压型镍锰二元正极材料的制备方法，其特征在于：所述掺杂了铌、锆和磷的高电压型镍锰二元正极材料属于改性尖晶石型镍锰酸锂，其分子式可表示为：

Li_aNi_0.5Mn_(1.5-x-y)Nb_xZr_yO_(4-z)(PO₄)_z，其中：1.00≤a≤1.10；0.005≤x≤0.03；

0.01≤y≤0.03；0.005≤z≤0.03。

3.根据权利要求1所述的一种高电压型镍锰二元正极材料的制备方法，其特征在于：所述催化剂型掺杂物P的前驱体是磷酸氧铌表面均匀包覆了一层氢氧化锆，所述催化剂型掺杂物P的比表面积＞350m²/g，锆的掺杂量为0.40％～7.50％。

4.根据权利要求1所述的一种高电压型镍锰二元正极材料的制备方法，其特征在于：所述锂源为电池级碳酸锂或氢氧化锂中的一种，锂和镍锰总金属的摩尔比例控制为：Li:(Ni+Mn)＝0.51～0.55，所述催化剂型掺杂物P的添加质量为镍锰二元前驱体S质量的0.710％～4.250％。

5.根据权利要求1所述的一种高电压型镍锰二元正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤中，一次煅烧的温度为850～880℃，保温时间12～22h，空气鼓风量10～20m³/h。

6.一种如权利要求1～5中任一项所述制备方法制得的高电压型镍锰二元正极材料。