[发明专利]一种镍钴铝酸锂正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，特别是涉及一种镍钴铝酸锂正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池已广泛应用于手机、相机、笔记本电脑等移动数码产品领域，随着科技的进步，锂离子电池的应用领域将越来越广，对其尺寸、重量、使用寿命等的要求也越来越高，目前市场上应用的钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂等正极材料已经难以满足市场的需求。

镍钴铝酸锂正极材料具有更高容量的优点，可以通过对其制备方法的改进以及粉体的改性改善其循环性能和安全性能，具有广泛的应用前景。现有制备镍钴铝酸锂正极材料主要采用共沉淀和固相烧结法。其中共沉淀所需的制备周期长，工序繁多，产品电性能均一性较差；传统固相法虽然工艺操作简单，但是固体反应物间的接触面积远小于其比表面积，难以控制元素的分布均匀性和形貌均匀性，产品的电性能变差。为了克服上述的缺点，对镍钴铝酸锂正极材料的制备方法进行改进已经成为研究正极材料的热点之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种改性的镍钴铝酸锂正极材料及其制备方法，从而克服现有技术的不足。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种镍钴铝酸锂正极材料，化学通式为：LiNi_1-a-bCo_aAl_bO₂，其中0.1<a<0.3，0.01<b<0.2，0<1-a-b<1。

一种如上所述的镍钴铝酸锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：

⑴将不可溶镍化合物、钴化合物以及铝化合物按照摩尔比Ni:Co:Al=(1-a-b):a:b进行混合，其中0.1<a<0.3，0.01<b<0.2，0<1-a-b<1，然后按照料:球:水=1:1:5的质量比进行球磨4～8h混合均匀后，将球磨后的浆料进行喷雾干燥；

⑵将干燥后的混合物在氧气气氛中低温焙烧；

⑶将焙烧后的前驱体粉末与锂盐粉末按一定比例混合球磨均匀，然后将球磨后的浆料进行喷雾干燥；

⑷在氧气气氛中高温煅烧，经过冷却、研磨和过筛后得到LiNi_1-a-bCo_aAl_bO₂。

作为优选，所述的不可溶镍化合物为氢氧化镍、氧化镍或碳酸镍中的一种或几种；所述的不可溶钴氧化物为四氧化三钴、三氧化二钴、氧化钴或碳酸钴中的一种或几种；所述的不可溶铝化合物为三氧化二铝、氢氧化铝或醋酸铝中的一种或几种。

作为优选，所述的锂盐为碳酸锂；所述锂盐与焙烧后的前驱体粉末按照Li:(Ni+Co+Al) =1.01～1.10:1的摩尔比球磨混合。

作为优选，所述的焙烧的温度为400～600℃，焙烧时间为1～10h；所述的高温煅烧的温度为800～1000℃，煅烧时间为6～16h。

与现有的技术相比，本发明的最大优点体现在：

 与传统的固相法相比，本发明采用喷雾干燥使水分迅速蒸发，形成粒径大小一致的粉末，省去了蒸发干燥法的蒸发过程和后续的粉碎工序，同时避免各化合物在蒸发过程中因沉降速度不同而导致组分分布不均。该工艺操作简单、生产效率高、产品质量高、可连续化生产，有利于实现工业化生产。

采用分步烧结，配锂前在较低的温度下使Ni²⁺氧化为Ni³⁺，抑制高温过程中Ni²⁺和Li⁺之间的混排现象，减小混排程度，使得材料的电化学性能得到提高。

 传统的液相法为了保证前驱体的球形度和粒径需要严格控制工艺条件，且工序繁多，对制备设备要求高，本发明将传统的固相法进行改进，克服了电化学稳定性差、颗粒分布不均匀，晶体型貌不规整的缺点，且工艺过程简单，成本低，易于工业化生产。 

对比文献：

CN103159264A公开了一种纯固相法制备锂离子电池正极材料NCA的方法，其以采用传统干燥方式和分段烧结合成镍钴铝酸锂正极材料，而本发明与之不同的是一方面采用喷雾干燥，保证了粉体的形貌、粒径的一致性，同时大大缩短了干燥时间；另一方面本发明采用的是分步烧结，在配锂前进行低温预烧，配锂后进行高温煅烧。

CN103570083A公开了一种锂离子电池正极材料镍钴铝球形前驱体制备方法，该发明采用共沉淀-喷雾干燥法制备用于合成镍钴铝酸锂的球形前驱体，而本发明采用的是固相法，且最终产物是镍钴铝酸锂正极材料。