[发明专利]一种镍钴铝酸锂正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电极材料领域，具体涉及一种应用于锂离子电池的镍钴铝酸锂正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池作为新一代环保、高能电池，己成为电池产业发展的重点之一。目前究较多的锂离子电池正极材料主要有LiCoO₂，LiNiO₂，LiMn₂O₄，LiFePO₄ 等，存在自身的不足和缺陷。研究者一直致力于新一代锂离子电池材料的研究。

基于LiCoO₂ 和LiNiO₂ 有类似于α-NaFeO₂ 层状结构，LiNi_1-xCo_xO₂(0<x<1) 已经被广泛研究。为了提高正极材料电化学性能，一些其它金属元素，例如Al，Mn，Fe 和Nb 已经被利用来部分取代Ni 和Co。近来，三元层状结构的Li[Ni-Co-Mn]O₂ 正极材料由于其高的放电容量以及毒性小等优点成为了当今研究的热点。Li[Ni-Co-Al]O₂ 正极材料由于其高的热稳定性和放电容量也成为研究的热点。三元正极材料的反应可逆性好，大电流放电能力强，有较好的循环稳定性和安全性能，并且将充放电电压范围适当拓宽时，比容量可以提升至200mAh/g 以上而不会出现由于过充电引起的安全问题或结构不稳定现象，被认为是最有可能取代LiCoO₂ 的正极材料，其商品化具有较大的发展空间。

目前，三元正极材料还存在高温循环性能差的缺点。活性材料物质与电解液接触，在高温条件下，会被HF等腐蚀，破坏界面结构，进而导致金属Ni，Co，Al在电解液中的溶解，造成容量的衰减。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镍钴铝酸锂正极材料的制备方法，该方法制备了一种具有有序介孔结构的、电化学性能优异的镍钴铝酸锂正极材料。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案，一种镍钴铝酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将锂、镍、钴、铝可溶性盐按一定的摩尔比溶解于水/有机溶剂中形成金属溶液，所述水/有机溶剂的混合物中，水占混合物的质量比为10～40wt％；

(2)配制氨水、碳酸氢铵和聚乙二醇的混合水溶液，配置后的混合水溶液中氨水的浓度为0.5～1.5mol/L，碳酸氢铵的浓度为3～5mol/L，聚乙二醇的浓度为0.1～0.3mol/L ；

(3)将步骤(1)配制的金属溶液中加入二氧化钛分子筛搅拌均匀，得到混合溶液A，然后在机械搅拌条件下将步骤(2)配制的混合水溶液滴加入混合溶液A 中，机械搅拌10～20h，得到碳酸镍钴铝锂/二氧化钛分子筛前驱体沉淀；

(4)将步骤(3)所得碳酸镍钴铝锂/二氧化钛分子筛前驱体沉淀洗涤干燥后，在氧气气氛下700-900℃煅烧8～15h，得到镍钴铝酸锂/二氧化钛分子筛材料；

(5)将步骤(4)中所得的镍钴铝酸锂/二氧化钛分子筛材料用氢氧化钠溶液搅拌洗涤，除去二氧化钛分子筛，经水洗干燥，获得所述的镍钴铝酸锂正极材料。

进一步，所述金属溶液中锂、镍、钴、铝的摩尔比为1.02～1.08 ：1/3 ：1/3 ：1/3，锂、镍、钴、铝离子的摩尔总浓度为3～4mol/L。

进一步，所述锂盐为一水氢氧化锂、无水氢氧化锂、硝酸锂中的一种或几种。

进一步，所述镍盐为硫酸镍、硝酸镍、氯化镍中的一种或几种。

进一步，所述钴盐为硫酸钴、硝酸钴、氯化钴中的一种或几种。

进一步，所述铝盐为硫酸铝、硝酸铝、氯化铝中的一种或几种。

进一步，所述水/有机溶剂中的有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、丙酮中的一种或几种。

进一步，所述二氧化钛分子筛为金红石型或者锐钛型二氧化钛中的一种。

进一步，所述氢氧化钠溶液的质量分数为1～5％。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)以具有有序介孔结构的二氧化钛分子筛为模板，用硬模板法制备具有有序介孔结构的镍钴铝酸锂材料；

2)在步骤(2)中，直接加入可溶性锂盐与镍、钴、铝的可溶性盐形成金属溶液，而不是在制备氢氧化镍钴铝之后再与锂混合，可以实现锂与镍钴铝的均匀分布，有利于减少制备步骤，同时，以小分子有机物作为溶剂，能降低金属离子在沉淀过程中的团聚现象；