[发明专利]一种锂离子电池正极材料锂镍钴铝氧的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及属储能材料及电化学领域，尤其是一种锂离子电池正极材料锂镍钴铝氧的制备方法。

背景技术

作为新一代的绿色高能量的电池，锂离子电池具有高的能量密度，高的放电平台等优点，已经广泛应用于手机、数码相机、笔记本电脑等数码产品中。随着锂离子电池的技术的发展，要求锂离子电池具有高功率、高能量密度、低成本等特点。锂离子电池正极材料是锂离子电池的重要组成部分，是锂离子电池性能的主要影响因素。目前，商业化应用的正极材料主要有LiCoO2，LiMn2O4和LiFePO4，而LiCoO2占据着大部分市场。Li_mNi_1-x-yCo_xAl_yO₂作为一种高容量(≥190mAh/g)且成本相对较低的锂离子电池正极材料，是将锂离子电池应用到电动汽车、蓄能电站、军事武器等高容量、大功率的工业大电池领域的重要材料。

合成锂镍钴铝氧正极材料的方法包括固相法、共沉淀法、低热固相反应、络合法、溶胶-凝胶法。固相法工艺简单，成本低，但该方法合成材料存在电化学性能稳定性差，颗粒分布不均匀，晶体形貌不规整等缺点；共沉淀工艺相对简单，合成材料的容量高，循环性能好，是目前合成锂镍钴铝氧正极材料最有前景的方法；其他方法操作复杂，成本高。

现有技术制备锂离子电池正极材料锂镍钴铝氧时，一般先将镍盐、钴盐和铝盐制备成共沉淀二价镍钴前驱体，然后将该沉淀与锂盐混合均匀后进行高温煅烧。由于二价镍在高温下难以氧化成三价镍，也有人在液相共沉淀时加氧化剂氧化二价镍为三价镍，例如，中科院成都有机化学所刘兴泉公开了一种锂离子电池正极材料LiNi_1-xCo_xO₂的制备方法(CN1843930)，该方法包括配制二价镍、钴的混合盐溶液，加入碱性沉淀剂和氧化剂的混合溶液并强烈搅拌，使溶液中的Co₂₊，Ni₂₊被氧化成+3价以Ni_1-xCo_xOOH的形式沉淀下来，洗涤、干燥后；将前述得到的前驱体和锂盐充分混合，在空气气氛下于300-500℃预热2-12小时，再置于650-900℃锻烧4-48小时，自然冷却至室温。但采用此种液相氧化法也存在一些弊端，如三价离子沉淀时易形成絮状沉淀难以过滤，也难以形成球形大颗粒沉淀，此外需要大量的氧化剂，增加成本。采用现有的方法制备锂镍钴铝氧正极材料时，存在着正极材料的可逆容量低、循环稳定性能差等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种锂离子电池正极材料锂镍钴铝氧的制备方法，该方法制备出的锂镍钴铝氧晶体粒度分布均匀、晶体形貌规整，2.80-4.3V之间的可逆容量大于185mAh/g，并具有良好的循环稳定性能。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种锂离子电池正极材料锂镍钴铝氧的制备方法，包括以下步骤：

(1)以共沉淀法制备球形镍钴铝复合氢氧化物前驱体或球形镍钴铝复合碳酸盐前驱体；

(2)，将所述前驱体单独进行预氧化煅烧处理，得到高价态的球形镍钴铝氧化物均匀固溶体；

(3)将高价态的球形镍钴铝氧化物与锂盐均匀混合，在氧气气氛中高温煅烧，冷却后破碎得到锂镍钴铝氧正极材料。

本发明采用预氧化处理技术，将前驱体与锂盐混合之前，先对氢氧化物或碳酸盐前驱体以一定的温度进行氧化预处理，预先使前躯体分解、氧化，形成镍钴的高价态氧化物均匀固溶体；再将预处理过的前驱体与锂盐混合，进行高温煅烧时，由于在前驱体预处理过程中，镍钴已变成了高价态氧化物，且通过预烧使镍钴及掺杂元素互相扩散形成了相对于前驱体更均匀的固溶体，所以混合锂盐高温煅烧时，锂离子与镍钴的反应更容易进行，材料性能会更优异。

作为改进，所述球形镍钴铝氧化物化学式为Li_mNi_1-x-yCo_xAl_yO₂，其中0.05＜x＜0.3，0＜y＜0.1，0.96＜m＜1.3。

作为改进，所述步骤(1)中，以硫酸镍、硫酸钴、和硫酸铝为原料，按照Ni∶Co∶Al摩尔比(0.7～0.8)∶(0.15～0.25)∶(0.02～0.06)，再以共沉淀法制备球形镍钴铝复合氢氧化物前驱体或球形镍钴铝复合碳酸盐前驱体。

作为改进，所述步骤(2)中，所述预氧化煅烧的气氛为氧气。

作为改进，所述步骤(2)中，所述预氧化煅烧处理温度为300-850℃，处理时间为1-9h。