[发明专利]一种球形镍钴铝前驱体及其制备方法

说明书

本发明提供了一种球形镍钴铝前驱体，属于锂离子电池正极材料领域。本发明中球形镍钴铝前驱体为径向生长的棱柱构成，呈现为放射状球形形貌，所述球形镍钴铝前驱体的化学组成为[a(Ni_xCo_yC₂O₄)]·bAl(OH)₃，0≤x≤1,0≤y≤1,0＜a≤1，0≤b＜1,且a+b＝1，所述球形镍钴铝前驱体的粒径为8～50μm，所述棱柱主相为草酸镍钴，表面负载氢氧化铝颗粒。扫描电镜分析表明，本发明提供的球形镍钴铝前驱体形貌呈现为径向生长的棱柱构成的发射状球形，尺寸和形貌分布均匀，球形结构规整，用本发明提供的球形镍钴铝前驱体制得的镍钴铝正极材料比容量高达160mAh·g^‑1，有较好的循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料制备领域，尤其涉及一种球形镍钴铝前驱体及其制备方法。

背景技术

在多元化的社会，人们的生活水平和需求逐渐提高，由于资源缺乏和环境污染等问题，传统能源逐渐被新能源取代。在新能源中，锂离子电池是重要的角色之一，它因体积小，能量密度高等优势，被广泛应用于手机，电脑等电子设备及电动自行车和电动汽车等行业。决定锂离子电池性能的主要是正极材料和负极材料，相对于负极材料，正极材料的容量较低，成为进一步提高锂离子电池性能的瓶颈，电池正极材料容量每提高50％，电池的功率密度就会提高28％，因此制备出形貌均匀、压实密度高的前驱体是提高正极材料性能的关键。

对于正极材料，颗粒的形貌是直接影响材料的物化性能，目前报道很多种表现形式(如球形、非球形，纳米线、纳米管状等)，其中球形材料因振实密度高，体积比容量高，流动性和分散性好等优势，是锂电池正极材料的重要发展方向和必然趋势。目前三元正极材料(如NCA、NCM)二次颗粒形貌多为球形形貌，但是一次颗粒形貌不均一，如镍钴铝材料一次颗粒形貌有针状、块状等，这些一次颗粒形貌比表面积小，不利于电解液的充分接触，从而影响镍钴铝材料的电化学性能。有鉴于此，本发明提出一种由径向生长的棱柱构成放射状球形形貌的镍钴铝前驱体，这样控制晶粒沿着某一晶轴的方向生长，能够有效的增加颗粒的比表面积，更好的与电解液充分接触，也尽可能的提高Li⁺在垂直于该晶轴方向上的扩散速率，极大程度上改善了镍钴铝材料倍率容量与循环性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种由径向生长的棱柱构成放射状球形形貌的镍钴铝前驱体及制备方法。本发明中球形镍钴铝前驱体为径向生长的棱柱构成，呈现为放射状球形形貌，具有较高的比表面积，从根本上改善了镍钴铝材料的电化学性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种球形镍钴铝前驱体，所述球形镍钴铝前驱体为径向生长的棱柱构成，呈现为放射状球形形貌，所述球形镍钴铝前驱体的化学组成为[a(Ni_xCo_yC₂O₄)]·bAl(OH)₃，0≤x≤1,0≤y≤1,0＜a≤1，0≤b＜1,且a+b＝1，所述球形镍钴铝前驱体的粒径为8～50μm，所述棱柱主相为草酸镍钴，表面负载氢氧化铝颗粒。

本发明还提供了上述技术方案所述球形镍钴铝前驱体的制备方法，包括以下步骤：

(1)将镍钴盐混合溶液与草酸铵溶液同步加入到水中，得到球形草酸盐前驱体溶液，所述反应体系用浓氨水调节pH值为8.0～8.5；

(2)将铝盐溶液和强碱溶液加入所述步骤(1)得到的球形草酸盐前驱体溶液中，反应得到球形镍钴铝前驱体。

优选地，所述步骤(2)中强碱溶液为氢氧化钠与氨水的混合溶液，氢氧化钠与氨水摩尔比为(1.0～3.0)：1，所述强碱溶液中氢氧化钠的浓度为1～6mol/L，氨水的浓度为0.3～5mol/L。

优选地，所述步骤(1)中草酸铵溶液的浓度为0.1～1.0mol/L。