[发明专利]镍锰铝核壳结构前驱体和无钴锂离子正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种镍锰铝核壳结构前驱体和无钴锂离子正极材料的制备方法，通过湿法纳米技术合成的元素核壳结构无钴前驱体，该前驱体内核为一种镍锰二元前驱体，外壳为镍铝二元前驱体，外壳的铝元素均匀掺杂在一定程度上可以提高无钴前驱体的稳定性。在合成阶段，通过使用特殊湿法工艺，不仅使无钴前驱体在元素上表现为核壳结构，在形貌上设计为内部紧实，外部疏松的结构。该特殊形貌的前驱体制备的正极材料，内部密实可以承受高压实作用力，外部一次颗粒堆积疏松有利于锂离子的脱嵌，可提高材料的循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种镍锰铝核壳结构前驱体和无钴锂离子正极材料的制备方法。

背景技术

近年来，随着可充电电池在电动汽车中的广泛应用，目前对其能量密度、安全性能、倍率性能和制造成本都有很高的要求。无钴材料由于具有低成本，可以满足市场的大量需求一直是今年新能源行业讨论的热点。但由于Co在三元正极材料中可以稳定材料的层状结构，减少Li/Ni混排，是很难被取代的一类元素，正因为这种关键性的因素导致无钴材料的开发和应用面临很大的挑战。因此需要通过元素成分和结构方面两方面改善无钴情况下正极材料的稳定性缺失，使得锂电材料能够具解决当今时代“续航焦虑”及稳定性的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种镍锰铝核壳结构前驱体和无钴锂离子正极材料的制备方法，具体包括以下内容：

一种镍锰铝核壳结构前驱体的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照镍锰元素摩尔比为x₁:(1-x₁)的比例配置镍锰元素总浓度为2-5mol/L的可溶性镍盐和可溶性锰盐的混合溶液A，配置一定浓度的氨水溶液和一定浓度的碱性溶液，所述0.3≤x₁≤0.9；

(2)将步骤(1)所述的溶液A、氨水溶液、溶液以一定的进料速度加入到反应釜中搅拌反应，控制体系的反应pH为10.5-12.0，NH₃浓度为7.0-12.0g/L，反应温度40-70℃，反应时间30-50h，得到镍锰前驱体：Ni_x1Mn_1-x1(OH)₂；

(3)将一定浓度的可溶性镍盐溶液、偏铝酸钠溶液、氨水溶液和碱性溶液以一定的进料速度加入到反应釜中反应，维持反应的pH为8.5-10.5，搅拌转速为150-250r/min，反应釜中前驱体粒径达到11-18μm时停止反应，得到镍锰铝核壳结构前驱体：Ni_x2Mn_y2Al_1-x2-y2(OH)₂，所述0.4≤x₂≤0.98，0.01≤y₂≤0.7。

具体地，所述步骤(1)中的可溶性镍金属盐为硫酸镍、氯化镍或硝酸镍，可溶性锰盐为硫酸锰、氯化锰、硝酸锰。

具体地，所述步骤(1)中的碱性溶液为氢氧化钠、碳酸钠或氢氧化钾的水溶液，所述氨水溶液的浓度为1-2mol/L，所述碱性溶液的浓度为2-4mol/L。

具体地，所述步骤(2)中的溶液A的进料速度为30-50L/h，氨水的进料速度3-6L/h，碱性溶液的进料速度为8-15L/h，搅拌速度为200-500r/min。

具体地，所述步骤(3)中的可溶性镍盐为硫酸镍、氯化镍或硝酸镍，所述碱性溶液为氢氧化钠、碳酸钠或氢氧化钾的水溶液。

具体地，所述步骤(3)中的可溶性镍盐的浓度为2mol/L，偏铝酸钠溶液的浓度为0.2-0.6mol/L，氨水溶液的浓度为1-2mol/L，碱性溶液的浓度为2-4mol/L。

具体地，所述步骤(3)中可溶性镍盐溶液的进料速度为30-50L/h，氨水的进料速度为1.5-5L/h，碱性溶液的进料速度为6-10L/h，偏铝酸钠溶液的进料速度为10-20L/h。