[发明专利]高密度球形镍钴铝前驱体材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料用前驱体材料及其制备方法，尤其涉及一种锂离子电池中镍钴铝正极材料用前驱体材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池已广泛应用于各种移动式电子产品（如手机、相机、笔记本电脑等），并且将越来越多地应用于电动汽车等领域。为适应这些应用领域日益发展的需要，对容量更大、重量更轻、尺寸更小的锂离子二次电池的需求量不断增大，因此，对锂离子电池正极材料的比容量性能提出了越来越高的要求。

在可以应用于锂离子电池的高比容量的正极材料中，高镍系的正极材料一直是世界各国的研究热点。其中，以LiNiO₂为基础再掺杂Co元素体系的正极材料，既具有LiNiO₂材料较高的放电比容量，同时该正极材料的晶体层状结构又更稳定，材料的循环稳定性也更好。但是，这种正极材料存在着耐过充能力差、热稳定性较差、首次放电不可逆容量较高等缺陷。为解决上述存在的问题，使镍钴材料能尽快应用于商业化领域，国内外学者在此基础上又进行了大量的掺杂试验。其中，铝元素的掺杂可以稳定镍钴材料的晶体结构，增加锂离子的扩散系数，明显抑制充放电过程中的放热反应，使得掺杂铝的镍钴材料的循环性能和耐过充性能都得到了明显提高，因此，现今出现了一种能应用于锂离子电池的新型正极材料——镍钴铝正极材料（NCA）。

在镍钴铝正极材料的生产过程中，对于如何使用铝原料、镍原料和钴原料，人们有多种方式可供选择，但普遍认为，采用Ni_1-x-yCo_xAl_y(OH)_2+y前驱体材料作为原料来生产制备镍钴铝正极材料NCA的性能最优。因此，人们不断研究如何制备出优良的Ni_1-x-yCo_xAl_y(OH)_2+y前驱体材料。

在化学共沉淀法合成制备Ni_1-x-yCo_xAl_y(OH)_2+y前驱体材料的过程中，由于铝离子为+3价，其难以与镍和钴等+2价离子元素形成均匀的单一层状结构，这使得在前驱体材料中铝元素很难形成均匀分布的状态，这将造成使用该原材料制备出的镍钴铝正极材料的电性能指标不理想。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种铝元素能均匀地与镍、钴元素结合、且振实密度更高的锂离子电池正极材料用球形镍钴铝前驱体材料，还提供一种工艺流程简单、自动化程度高、可实现连续化生产、产能较高、产品品质稳定优异的高密度球形镍钴铝前驱体材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种高密度球形镍钴铝前驱体材料，所述镍钴铝前驱体材料的化学分子式为Ni_1-x-yCo_xAl_y(OH)_2+y，即该化学分子式中Ni、Co、Al和(OH)的原子摩尔比为（1-x-y）∶x∶y∶（2+y），其中0.1≤x≤0.3，0.03≤y≤0.15；所述镍钴铝前驱体材料的振实密度为1.8g/cm³～2.4g/cm³，所述镍钴铝前驱体材料呈球形颗粒状，且平均粒度为6μm～17μm；所述镍钴铝前驱体材料在微观上具有层状结构。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的高密度球形镍钴铝前驱体材料的制备方法，包括以下步骤：

先将铝盐溶液单独与络合剂混合均匀得混合液A，再将镍盐溶液和钴盐溶液混合均匀得混合液B，将混合液A、混合液B、络合剂溶液及沉淀剂溶液一起并流加入到一装有底液的反应器中进行连续式的共沉淀反应，反应过程中的pH值控制在11.0～12.0，物料在反应器中的停留时间不超过20小时（共沉淀反应过程为连续反应，物料在反应器中停留时间不超过20小时，优选的停留时间为10～18小时，反应时间明显缩短是本发明技术方案的一大特点），稳定反应后对从反应器中连续溢出的浆料进行固液分离，固体物料经陈化反应、洗涤、烘干后，得到锂离子电池正极材料用的高密度球形镍钴铝前驱体材料。

上述的制备方法中，优选的，所述铝盐溶液为铝元素对应的硫酸盐水溶液、氯化盐水溶液或硝酸盐水溶液；所述镍盐溶液为镍元素对应的硫酸盐水溶液、氯化盐水溶液或硝酸盐水溶液，所述钴盐溶液为钴元素对应的硫酸盐水溶液、氯化盐水溶液或硝酸盐水溶液。

上述的制备方法中，优选的，所述沉淀剂溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。