[发明专利]一种锂离子电池用镍锰铝氢氧化物前驱体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池用镍锰铝氢氧化物前驱体及其制备方法。该制备方法通过将镍盐、锰盐、草酸铝螯合物、氢氧化物和铵类化合物加入底液中进行共沉淀反应，得一混合物；其中，底液为氨水；所述草酸铝螯合物是由铝盐与草酸盐混合得到；再将混合物进行陈化反应即得镍锰铝氢氧化物前驱体。通过对共沉淀过程中关键参数的精确控制，以实现铝的超均匀分散。该方法制得的镍锰铝氢氧化物前驱体是由纳米片密堆积构成的微球结构，微球体积平均粒径为7‑15μm，振实密度可达1.5‑2.5g/cmsupgt;3/supgt;。由该前驱体制备得到的镍锰铝氧化物正极材料极大地抑制了锂镍混排，且将其应用于锂离子电池实现了优异的倍率充放电能力和循环性能。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，具体涉及一种锂离子电池用镍锰铝氢氧化物前驱体及其制备方法。

背景技术

通过电化学能源存储来实现汽车的电动化可以减少化石资源等不可再生能源在现有能源结构中的占比，减少环境污染的同时优化能源结构。锂离子电池具有能量密度高、循环稳定性好、无明显的记忆效应等优点，成为现阶段新能源汽车首选的动力源。然而，正极材料较低的比电容量和昂贵的价格限制了其进一步的商业化发展。

针对于主流的层状氧化物正极材料，提升镍含量以及降低钴含量是实现高比电容量和降低价格的主要途径。然而，随着镍含量的提升，正极材料中二价镍含量的增多会导致严重的锂镍混排。虽然钴元素可以起到平衡电荷，增强导电性的作用，从而缓解锂镍混排现象同时提升材料的倍率充放电性能。但是由于钴元素原材料较少，价格较为昂贵且在其开采过程中，钴的毒性也会引起严重的健康和道德问题。因此，在三元正极材料的合成过程中，减少钴的使用是目前锂离子电池发展的重点。然而现有技术并未公开可以进行连续稳定制备的高镍无钴层状氧化物正极材料的方法。

专利CN109686970A公开了一种无钴富锂三元正极材料的合成方法，它采用廉价的锰来取代价值昂贵的钴，并通过引入过量锂元素，将层状LiNiO₂相与层状LiMnO₂相复合制备出了一种富锂层状结构的镍锰铝正极材料。所述正极材料在0.1C下比容量达到190mAh/g，100次循环容量保持率达到90％以上。

专利CN113809294A公开了一种无钴高镍正极材料的合成方法，它采用铁离子取代钴，合成了LiNi_xFe_yMn_(1-x-y)O₂正极材料。所得纳米材料具有较好的电化学行为，且明显降低了材料合成的成本。

以上方法虽然合成了高镍无钴氧化物正极材料，降低了原材料的成本，但是上述材料没有致密纳米片堆积的微球结构，导致振实密度较低，并且存在合成一致性差、放电比容量低、充放电性能差、制造工艺复杂等问题，难以满足锂离子电池商业化发展的需求。其中，致密纳米片堆积的微球结构是指球形度优异，且体积平均粒径大小均一，同时一次颗粒致密堆积的微球结构。因此，亟需开发一种振实密度高、合成一致性优异、放电比容量高、充放电性能优异、工艺简便的高镍无钴层状氧化物正极材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服了现有技术中无钴氧化物正极材料无微球结构而导致振实密度较低，并且存在合成一致性差、放电比容量低、充放电性能差、制造工艺复杂等问题，而提供了一种锂离子电池用镍锰铝氢氧化物前驱体及其制备方法。本发明所提供的镍锰铝氢氧化物前驱体的制备方法，可以通过精确控制反应过程中pH值、搅拌速率、铵根络合剂浓度和不同的进料速度等工艺参数，从而保证所制得的镍锰铝氢氧化物前驱体以及前驱体与锂盐混合煅烧制得的镍锰铝氧化物正极材料形成致密堆积的微球结构，振实密度高、合成一致性优异，并且工艺简便，将其应用于锂离子电池展现出优异的倍率充放电能力和循环寿命。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题。

本发明还提供了一种镍锰铝氢氧化物前驱体的制备方法，其包括下述步骤：