[发明专利]一种制备锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂的方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度大、放电平台高、循环寿命长、无记忆效应等优点，已广泛应用于手机、相机、笔记本电脑等领域，同时也将应用于电动自行车、电动汽车等动力电池领域。

具有层状结构的钴酸锂、镍酸锂、镍钴酸锂、镍钴锰酸锂等是目前研究最多的正极材料。钴酸锂正极材料是最早实现商业化的正极材料，但钴资源有限且价格昂贵,污染大,限制了其进一步的发展。镍酸锂虽然具有很高的放电容量，但由于合成较难而且材料稳定性较差，影响其应用。镍钴酸锂具有较高容量，钴的掺入降低了材料的合成难度，但其循环性能不够理想，如何改变其循环性能是镍钴酸锂应用的一个难点。镍钴锰酸锂正极材料具有性价比高，电性能较好等优势，将有逐步取代钴酸锂的趋势，但如何进一步提高材料的能量密度还有待研究。

镍钴铝酸锂具有大于180mhA/g的能量密度，由于铝的掺入大大改善了材料结构的稳定性，提高了材料的循环性能，在动力领域将有非常广阔的应用市场。

目前镍钴铝酸锂的合成主要采用铝离子和镍钴离子一起通过氢氧化钠沉淀。比如中国专利CN101262061A公开了一种锂离子电池用球形掺铝镍钴铝酸锂及其制备方法，采用镍钴铝的金属盐溶液和氢氧化钠沉淀合成镍钴铝前驱体。中国专利CN102173465A公开了一种锂离子正极材料镍钴铝酸锂的制备方法，采用镍钴铝的金属盐溶液和沉淀剂沉淀合成镍钴铝前驱体，由于铝盐的水解ph值在3.2左右，而选择沉淀的pH值在10~12，这样铝离子较难与镍钴离子形成均相共沉淀，很难达到镍钴铝元素均匀分布的目的，将会导致铝在镍钴铝酸锂材料中分布不均匀，影响材料的电性能，尤其是循环性能。

发明内容

为了克服现有的制备镍钴铝酸锂的方法中，铝离子较难与镍钴离子形成共沉淀的问题，本发明的目的在于提供一种制备锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂的方法，该方法能更好地使镍钴铝均匀地形成共沉淀，制备得到的镍钴铝酸锂正极材料球形度好、容量高、循环性能优良，具有广阔的市场前景。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种制备锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂的方法，包括以下步骤：

（1）将镍钴金属盐水溶液、偏铝酸钠溶液、络合剂和沉淀剂混合，调节反应体系的pH值为9-12，然后保持搅拌、30-80℃下反应20-200小时，得到镍钴铝氢氧化物沉淀；

（2）将镍钴铝氢氧化物沉淀用50-100℃纯水洗涤、干燥，筛选能过300目筛的部分，加入锂源，混合均匀后在600-1000℃下烧结，期间通入氧气，烧结5-50小时后得到镍钴铝酸锂；

所述的偏铝酸钠溶液，可以采用硫酸铝、硝酸铝、氯化铝或偏铝酸钠的一种以上加氢氧化钠溶液配制而成；

所述的络合剂优选氨水；

所述的沉淀剂优选氢氧化钠；

步骤（1）所述的搅拌是以100-500转/分钟的转速搅拌；

步骤（2）所述的通入氧气，其流量是0.1-10L/h。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

本发明的方法中，铝源采用偏铝酸钠，能使镍钴铝元素均匀形成共沉淀，使铝均匀分布在镍钴铝酸锂材料中，能提高材料电性能，尤其是循环性能。

附图说明

图1是实施例1得到的镍钴铝酸锂的扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种制备锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂的方法，包括以下步骤：

（1）用硫酸镍、硫酸钴配制镍钴摩尔比为8:1.5、镍钴总摩尔浓度为2.0mol/L的溶液200升；

（2）用4.0mol/L氢氧化钠溶液配制浓度为0.2mol/L偏铝酸钠溶液100升；

（3）将上述配制好的金属盐水溶液、偏铝酸钠溶液通过一定流量并流加入反应釜中，同时加入氢氧化钠做沉淀剂、氨水做络合剂，控制反应釜中反应温度为55℃，氨水浓度为10.0g/L，反应pH值为11.50，反应40小时后将沉淀过滤，用80℃纯热水洗涤沉淀物、洗涤后将沉淀物放入110℃干燥箱中干燥10小时，干燥后将沉淀物进行300目筛分后得到镍钴铝氢氧化物。

（4）将上述氢氧化物和1.05倍理论量（理论上，碳酸锂的用量为氢氧化物质量的37.93%）的碳酸锂混合，混合后放入气氛马弗炉中烧结，烧结温度820℃，烧结时间15小时，氧气流量2.0L/h，烧结完经破碎和200目筛分得到镍钴铝酸锂。