一种富锂锰基正极材料前驱体及其制备方法技术

一种富锂锰基正极材料前驱体，其化学式为

【技术实现步骤摘要】
一种富锂锰基正极材料前驱体及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池领域，尤其涉及一种富锂锰基正极材料前驱体及其制备方法
。

技术介绍

[0002]在目前已知的正极材料中，富锂锰基正极材料放电比容量高达
300mAh/g
，远高于当前商业化应用的磷酸铁锂和三元材料等正极材料的放电比容量，因而富锂锰基正极材料被认为是新一代高能量密度动力锂电池的理想之选
。
[0003]研究表明，前驱体的振实密度和比表面积是影响富锂锰基正极材料电化学性能的重要因素
。
共沉淀法是目前制备富锂锰基正极材料前驱体的主要方法，但是，目前采用共沉淀法很难制备出合适的比表面积和振实密度的富锂锰基正极材料前驱体，前驱体的比表面积和振实密度总是呈现相反的变化规律，无法兼顾较好的比表面积和振实密度
。
[0004]另一个方面，目前的富锂锰基正极材料前驱体与锂源混合在烧结制备正极材料时，活性较低，烧结条件较苛刻，不同批次的正极材料一致性较差，不利于工业化生产，且制备得到正极材料在容量和压实密度方面仍有待改善
。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种富锂锰基正极材料前驱体及其制备方法
。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0007]一种富锂锰基正极材料前驱体，其化学式为
Ni
x
Mn
y
Me
(1
>‑
x
‑
y)
(OH)2，其中，
0.20≤x≤0.40
，
0.60≤y≤0.80
，
Me
为
Co、Mg、Al、Zr、W、Fe、Cu
中的一种或多种；所述富锂锰基正极材料前驱体中还均匀分布有碳元素，碳元素含量为
500
～
3000ppm。
碳元素含量需要控制在本专利技术的范围内，碳元素含量过低，材料的活性不够，对后续制成正极材料的电性能提升有限；碳元素含量过高，会引起材料比表面积偏小，也会影响后续制成正极材料的电性能
。
[0008]上述的富锂锰基正极材料前驱体，优选的，所述碳元素含量为
1000
～
2000ppm。
[0009]上述的富锂锰基正极材料前驱体，优选的，所述富锂锰基正极材料前驱体的比表面积为
20
～
40m2/g
，振实密度为
1.60
～
1.85g/cm3。
前驱体振实密度在本专利技术的范围内，有利于实现工业化，并且还可以更好的发挥出材料的性能
。
反之，前驱体振实密度过低，正极装钵量少，不利于工业化，并且还会影响正极材料的压实密度
。
[0010]上述的富锂锰基正极材料前驱体，优选的，所述富锂锰基正极材料前驱体的
D50
粒径为
3.0
～
12.0
μ
m。
[0011]作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种上述的富锂锰基正极材料前驱体的制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)
向反应釜中加入纯水
、
沉淀剂溶液和含碳添加剂溶液配成底液，控制底液的
pH
值为
11.5
～
12.2
，其中，含碳添加剂的添加量占底液的质量百分比为
0.01
‑
0.05
％，底液温
度为
40
～
65℃
；
[0013](2)
保持反应釜的搅拌开启，向反应釜中通入惰性气体，并向反应釜中持续加入金属盐溶液
、
沉淀剂溶液与含碳添加剂溶液进行共沉淀反应，反应至浆料粒度生长到目标粒度时暂停进液；该过程中，反应釜中含碳添加剂的质量百分含量为
0.1
～
1.0
％；
[0014](3)
将步骤
(2)
得到的共沉淀产物经离心洗涤
、
脱水干燥，即得到富锂锰基正极材料前驱体
。
[0015]上述的制备方法，优选的，步骤
(1)
中，含碳添加剂溶液为
0.1
‑
2.0mol/L
的草酸溶液或草酸钠溶液
。
[0016]上述的制备方法，优选的，步骤
(2)
中，金属盐溶液的流量为
50
‑
500L/h
，沉淀剂溶液的流量为
18
‑
200L/h
，含碳添加剂溶液的流量为5‑
100L/h。
[0017]上述的制备方法，优选的，步骤
(2)
中，共沉淀反应过程中
pH
维持在
10.5
～
11.2
，反应的温度维持在
40
～
55℃
，反应釜的转速为
400
～
650r/min。
[0018]上述的制备方法，优选的，所述沉淀剂溶液为8～
10mol/L
的氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液
。
[0019]上述的制备方法，优选的，所述金属盐溶液为含
Ni、Mn
和
Me
的混合溶液，所述金属盐溶液中
Ni、Mn、Me
的总摩尔浓度为
1.6
～
2.5mol/L。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0021](1)
本专利技术的富锂锰基正极材料前驱体中的碳元素含量为
500
～
3000ppm
，可以改善富锂锰基正极材料前驱体的活性，使制备出的正极材料一致性更好，可提高正极材料的比容量
、
循环容量保持率等电性能
。
[0022](2)
本专利技术通过控制前驱体中碳元素含量并将比表面积控制在合适的范围内，可以保证制备的富锂锰正极材料的电性能更好
。
[0023](3)
本专利技术的制备过程中，通过在底液中加入少量的含碳添加剂，然后在共沉淀过程中加入适量的含碳添加剂，并配合反应过程
pH、
搅拌转速
、
温度等工艺参数的控制，保证在制备出适宜的前驱体比表面积
、
振实密度的同时，还能保证前驱体的球形度较好
。
[0024](4)
本专利技术的制备过程中无需采用氨水络合剂，不涉及含氨废水处理及涉氨职业健康问题，工艺过程环保
。
附图说明
[0025]图1为实施例1制备的前驱体在
20000
倍下的扫描电镜图；
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种富锂锰基正极材料前驱体，其特征在于，其化学式为
Ni
x
Mn
y
Me
(1
‑
x
‑
y)
(OH)2，其中，
0.20≤x≤0.40
，
0.60≤y≤0.80
，
Me
为
Co、Mg、Al、Zr、W、Fe、Cu
中的一种或多种；所述富锂锰基正极材料前驱体中还均匀分布有碳元素，所述碳元素的含量为
500
～
3000ppm。2.
如权利要求1所述的富锂锰基正极材料前驱体，其特征在于，所述碳元素的含量为
1000
～
2000ppm。3.
如权利要求1所述的富锂锰基正极材料前驱体，其特征在于，所述富锂锰基正极材料前驱体的比表面积为
20
～
40m2/g
，振实密度为
1.60
～
1.85g/cm3。4.
如权利要求1所述的富锂锰基正极材料前驱体，其特征在于，所述富锂锰基正极材料前驱体的
D50
粒径为
3.0
～
12.0
μ
m。5.
一种如权利要求1～4中任一项所述的富锂锰基正极材料前驱体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
向反应釜中加入纯水
、
沉淀剂溶液和含碳添加剂溶液配成底液，控制底液的
pH
值为
11.5
～
12.2
，其中，含碳添加剂的添加量占底液的质量百分含量为
0.01
‑
0.05
％，底液温度为
40
～
65℃
；
(2)
保持反应釜的搅拌开启，向反应釜中通入惰性...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡进，胡伟，彭威，
申请(专利权)人：巴斯夫杉杉电池材料有限公司，
类型：发明
国别省市：