[发明专利]一种类球形富锰三元前驱体的制备方法

说明书

本发明公开了一种类球形富锰三元前驱体的制备方法，该方法包括如下步骤：首先将硫酸镍、硫酸钴和硫酸锰混合溶解配置成镍钴锰硫酸盐混合溶液，然后将镍钴锰硫酸盐混合溶液和沉淀剂溶液并流加入反应釜中，同时并流加入络合剂，控制pH值为6.8～10.0，反应温度40～80℃，搅拌速度200～800r/min，溶液滴加结束后，悬浊液在反应釜中陈化5～20h；陈化结束后，将悬浊液过滤，洗涤，最后在80℃下真空干燥10～20h得到类球形富锰三元前驱体。本发明制备得到的类球形富锰三元前驱体球形度好，粒度分布窄，颗粒大小均匀、振实密度高，且工艺方法简单、污染少。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种类球形富锰三元前驱体的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有输出电压高、能量密度大、循环寿命长、无记忆效应等特点，被广泛应用于电子设备、电动汽车、储能电池等领域。近年来，随着新能源汽车等绿色产业的发展，动力型锂离子电池正极材料的市场需求逐步增加。目前，锂离子电池正极材料主要包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和镍钴锰三元材料。但这些锂离子电池正极材料容量一般都不超过200mAh/g，加上钴、镍都属于稀有贵重金属，国内钴镍矿产资源匮乏，严重依赖进口。因此，要发展更广阔的应用前景的锂离子动力电池，迫切需要深入研究、开发具有更高比容量、更低成本、更高安全性和更长寿命的新型正极材料。

在一系列新型正极材料中，富锂锰基正极材料xLi₂MnO₃·（1-x）LiMO₂（M=Co、Ni、Mn的至少一种）因其放电比容量高达300mAh/g以上，高比容量、丰富的廉价矿产资源以及较低的制备成本，受到世界各国的极大关注，美国能源部甚至认为该材料是下一代锂离子动力电池正极材料的首选。虽然富锂锰基正极材料在提高锂离子电池能量密度上具有其他正极材料无可比拟的优势。但由于富锂锰基正极材料存在首次不可逆容量损失大，倍率性能差，循环过程存在明显电压降,且循环性能差，安全性能不佳等问题，严重制约了该材料广泛的商业化应用。为了能更有效的解决该材料目前存在的诸多难点，首先要制备出粒度可控、振实密度高的类球形富锰前驱体。

目前富锰三元前驱体通常采用氢氧化物共沉淀法或碳酸盐共沉淀法等方法合成，但由于氢氧化物共沉淀法制备富锰三元前驱体存在组分波动大，振实密度低，大量使用挥发性较强的氨水，反应体系的pH控制困难，严重影响了产品质量的一致性。此外，为了保护金属离子价态为二价，须通入惰性气体保护，增加了加工成本。因此，选用合适的合成沉淀工艺和络合剂，以及采用成本低、环境友好型，又适合大规模工业生产的工艺技术路线，对该材料的广泛应用起到至关重要的作用。

发明内容

本发明提供一种类球形富锰三元前驱体的制备方法，该方法反应过程无需惰性气体保护，工艺操作简单，生产成本低，本发明制得的类球形富锰三元前驱体粒度分布窄、大小均匀，球形度好、振实密度高。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：一种类球形富锰三元前驱体的制备方法，包括以下步骤：

（1）用去离子水将硫酸镍、硫酸钴和硫酸锰混合溶解，得到镍钴锰硫酸盐混合溶液A；

（2）用去离子水配制沉淀剂溶液B和络合剂溶液C；

（3）将镍钴锰硫酸盐混合溶液A和沉淀剂溶液B并流加入反应釜中搅拌，同时加入络合剂溶液C，控制反应液pH值为6.8～10.0，反应温度为40～80℃，搅拌速度为200～800 r/min，溶液滴加结束后，悬浊液在反应釜中陈化5～20 h；

（4）将所述悬浊液过滤，取滤渣，洗涤，于75～85℃条件下真空干燥10～20h，即得所述类球形富锰三元前驱体。

进一步地，所述步骤（1）中硫酸镍、硫酸钴和硫酸锰的摩尔比为（0.20-0.35）：（0.05-0.15）：（0.50-0.65）。