[发明专利]一种无钴动力电池正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种无钴动力电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将镍锰氢氧化物和锂源混合，加入掺杂物和分散剂，球磨，搅拌，得到泥状物A；(2)将泥状物A加入模具进行预压，得到混合粉末；(3)将混合粉末进行压制，得到压坯，烧结，冷却，施加脉冲磁场，得到胚料；(4)将胚料破碎，磁化，再磁选，得到非磁性颗粒，加入包覆物和分散剂，球磨，搅拌，得到泥状物B；(5)将泥状物B静压烧结，破碎，筛分，得到无钴动力电池正极材料。本发明在高能压制烧结掺杂型材料时，利用瞬间冲击力大，使得成品的密度大；再采用静压烧结包覆型材料，也使材料具有非常高的密度，两者协同作用下，有利于材料整体的密度提升。

技术领域

本发明属于电池正极材料领域，具体涉及一种无钴动力电池正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

据工信部数据，2019年，新能源汽车产销分别完成124.2万辆和120.6万辆。其中，纯电动汽车产销分别完成102万辆和97.2万辆，在新能源汽车产业带动下，动力电池产业得到飞速发展。

锂离子电池因平台电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应、绿色环保等优势被广泛应用于动力电池。锂电池技术目前有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、钛酸锂等不同类型。由于金属钴价格昂贵，含钴的镍钴锰酸锂材料在价格上难以与磷酸铁锂相竞争，制约了镍钴锰酸锂的进一步扩大应用。

正极材料中的磁性异物(如铁、锌、铬元素)在充电过程中会溶解，逐渐在负极形成枝晶，导致隔膜穿孔，造成电池内部短路，导致电池自放电、甚至起火、爆炸。锂离子电池正极材料厂家对正极材料前驱体中的磁性异物含量通常要求一般为小于50ppb，工艺控制难度非常大，所得产品磁性异物极易超标，安全性不能保证。传统产业化生产三元材料方法是将前驱体材料与锂源机械混匀后，以匣钵盛装后置于辊道窑中进行高温烧结使其反应生成镍钴锰酸锂正极材料。前驱体由共沉淀法制备而成，颗粒疏松，由其制备所得的材料密度较小，制约了材料的能量密度，局限性明显。

因此，亟需提供一种磁性异物含量低、能量密度高、比容量高和寿命长的无钴动力电池正极材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种无钴动力电池正极材料及其制备方法和应用，本发明制备的无钴动力电池正极材料具有磁性异物含量低、能量密度高、比容量高和寿命长的优点。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种无钴动力电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将镍锰氢氧化物和锂源混合，加入掺杂物和分散剂，球磨，搅拌，得到泥状物A；

(2)将泥状物A加入模具进行预压，得到混合粉末；

(3)将混合粉末进行压制，得到压坯，再烧结，冷却，施加脉冲磁场，得到胚料；

(4)将胚料破碎，磁化，再磁选，得到非磁性颗粒，加入包覆物和分散剂，球磨，搅拌，得到泥状物B；

(5)将泥状物B静压烧结，破碎，筛分，得到所述无钴动力电池正极材料。

优选地，步骤(1)所述镍锰氢氧化物中的镍、锰元素的比例为x：(100-x)，其中25≤x≤95。

优选地，步骤(1)所述镍锰氢氧化物和锂源的摩尔比为1：(1.0～1.2)。

优选地，步骤(1)所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂或草酸锂中的至少一种。

优选地，步骤(1)所述掺杂物为金属氧化物、金属氢氧化物、金属草酸化合物或金属柠檬酸化合物的至少一种。

更优选地，所述金属为钴、镁、铝、钇、镧、钛、锶、锆、铈、钕或钼。

更优选地，所述掺杂物的加入量为镍锰氢氧化物和锂源质量总量的0.05-3％。