[发明专利]制备具有铝元素梯度分布的镍钴铝前驱材料和正极材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池制造领域，具体地涉及制备具有铝元素梯度分布的镍钴铝前驱材料和正极材料的方法。

背景技术

目前，锂离子电池已经广泛地用于各种移动式电子产品和电动工具领域中，而正极材料是锂离子电池中提高能量密度、安全性以及降低成本的关键。进一步提高材料的功率密度、能量密度和改善安全性能是当今锂离子电池正极材料的发展方向。

在LiCoO₂的诸多替代候选材料中，LiNiO₂因其高容量、低成本、少污染而受到人们的关注；而LiNi_1-xCo_xO₂除了具有LiNiO₂高比容量、低成本的优势之外，还具有较好的循环性能，LiNi_1-xCo_xO₂能发挥出190mAh/g的比容量，但是镍钴二元材料的稳定性仍然达不到现阶段3C(家电、计算机、通讯)电子产品和动力电池对材料的要求。

体相掺杂和表面包覆是改善镍系材料稳定性的最主要方法。以镍钴铝材料为代表的掺铝材料，LiNi_1-x-yCo_xAl_yO₂作为LiNiO₂、LiCoO₂和LiAlO₂三者的类质同像固溶体，同时具备了能量密度高，热稳定性好，价廉环保等优点，已经成为3C领域和动力电池领域的高端储能材料。但是，由于三价镍的热力学不稳定性，致使NCA(镍钴铝酸锂材料)合成困难，二价镍离子难以氧化成三价，需要在纯氧气气氛下才能氧化完全。此外，由于NCA吸水性强，存在下式中的反应，电池生产需要在10％湿度以下条件才能正常生产。由于NCA容易放出O₂，CO₂等，电池容易气胀，最好采用18650型圆柱电池生产。

LiNi_1-x-yCo_xAl_yO₂+H₂O→Ni_1-x-yCo_xAl_yO+LiOH+O₂

LiOH+CO₂→Li₂CO₃

Li₂CO₃+HF→LiF+CO₂

鉴于该材料本身的结构特性导致制备结构稳定的NCA材料和镍钴铝锂电池的条件非常苛刻。目前，国内生产的镍钴铝锂正极材料仍然存在充放电过程中容量衰减较快、倍率性能不好和储存性能极差等缺陷。为此，为了迎合温和的生产工艺，制备性能优越的镍钴铝材料，有必要开发新型的镍钴铝前驱体。