[发明专利]一种三元正极材料前驱体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种正极材料前驱体的制备方法，特别是涉及一种高振实密度和高均匀性的三元正极材料前驱体的制备方法。

背景技术

锂离子二次电池作为新一代的可充电式高能电池，具有工作电压高、能量密度大、安全性能好、循环寿命长以及自放电低等众多优点，自1990年日本SONY能源技术公司使锂离子二次电池成功商品化后，现已广泛应用于移动电话、笔记本电脑和仪器仪表等诸多便携式电子仪器设备中，同时，在电动汽车、电动工具和储能调峰电站等领域也具有很好的应用前景。

锂离子二次电池的正极材料是影响其成本和性能的主要因素之一。目前正在研究开发的锂离子二次电池的正极材料有许多系列，主要包括层状锂钴氧化物系列、层状锂镍氧化物系列、尖晶石型锂锰氧化物系列和橄榄石型磷酸铁锂系列。所述正极材料中，LiCoO₂因为具有很好的电化学性能，已作为锂离子二次电池商业化正极材料被广泛应用，但是由于LiCoO₂中的Co属于稀缺资源，价格昂贵，容易对环境造成污染，且LiCoO₂在电压高于4.3V时不稳定等缺点，限制了以LiCoO₂作为正极材料的锂离子二次电池在混合电动和纯电动汽车上的应用；LiNiO₂的稳定性差，易引起安全问题，容易发生阳离子混排和生成非化学计量结构化合物，且合成较难；LiMn₂O₄在循环使用过程中容易发生晶型转变、Jahn-Teller效应和锰离子的溶解，导致以LiMn₂O₄作为正极材料的锂离子二次电池容量衰变较快和高温性能不理想。

最近几年中，锂离子正极材料中的镍钴锰三元锂离子正极材料发展十分迅猛，由于镍钴锰的协同效应，镍钴锰三元锂离子电池正极材料综合了LiNiO₂、LiCoO₂、LiMn₂O₄三种层状结构材料的优点，其电化学性能优于以上LiNiO₂、LiCoO₂、LiMn₂O₄中任何单一组分正极材料，具有高比容量、成本较低、循环性能稳定、安全性能较好等特点，被认为是较好取代LiCoO₂的正极材料。因此所述层状结构的镍钴锰三元正极材料的开发成为锂离子二次电池正极材料领域的研究热点。而目前的技术中锂离子二次电池镍钴锰三元正极材料存在生产成本高、颗粒尺寸大、粒度分布宽和颗粒团聚现象以及首次不可逆容量较大等缺陷。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中的不足而完成的，本发明的目的是提供一种粒度分布均匀、活性高、密度较高、电容量高而且成本低的三元正极材料前驱体的制备方法。

本发明的一种三元正极材料前驱体的制备方法，包括以下工艺流程：

A.酸浸：利用红土镍矿生产电解镍的中间产物氢氧化镍锰钴富集物为原料，通过酸浸出，固液重量比为1：1-1：4，得到镍锰钴酸溶液；

B.除杂及重结晶：往步骤A中得到的镍锰钴酸溶液中加入氟化物除去溶液中钙、镁杂质，氟化物的加入重量为A步骤中氢氧化镍锰钴富集物重量的2%～5%，再经过滤、浓缩、结晶得到镍锰钴混合物；

C.混合盐配制：将B步骤得到镍锰钴混合物溶于水形成镍锰钴混合液，固液比为1：2-1：4，取样分析镍锰钴混合液溶液中镍、锰、钴的摩尔浓度，然后分别加入计量可溶性镍盐、可溶性锰盐和可溶性钴盐，按Ni:Mn:Co=5:3:2的摩尔比调整镍锰钴混合液中镍、锰和钴的量，并使镍锰钴混合液中这三种金属离子的总浓度为3mol/L，得到混合盐溶液；

D.沉淀剂配制：根据混盐中金属离子的总摩尔量配制计量的浓度为4～6mol/L的氢氧化钠溶液，再往氢氧化钠溶液中加入一定量的1～3mol/L的氨水溶液，得到沉淀剂溶液，使沉淀剂溶液中碱与氨水的摩尔比n_碱：n_氨水=1：10～1：2；