[发明专利]一种镍钴铝三元材料前驱体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池制备技术领域，尤其涉及一种在液相体系下金属离子与非金属材料共沉淀工艺制备镍钴铝三元材料前驱体的方法、采用该镍钴铝制备的镍钴铝酸锂、以该镍钴铝酸锂为主体的正极材料以及包含有该正极材料的二次电池。

背景技术

随着新能源电动汽车等工业的迅猛发展，加快了锂电池行业的发展。其中最引人注目的要数特斯拉纯电动汽车，特斯拉第二款量产车型Model-S使用的是松下定制的三元材料电池，即镍钴铝三元材料电池。据调研发现，进入2014年以来，国内锂电池正极材料产业整体出现了向三元材料转移的趋势，下游的电池厂基本都在开发三元材料的电芯，也引导着上游的材料企业开始加大对三元材料的开发和生产力度。镍钴锰酸锂等三元材料作为动力电池正极材料在性价比、容量、大倍率特性等特点，将以强劲的市场竞争力正逐步成为锂离子电池正极材料的优胜者，并替代目前市场上主要其它电池正极材料。分析认为，随着三元材料在动力领域安全性逐步成熟，以及消费市场对于续航里程的需求提升，国内车企或将掀起一轮由磷酸铁锂转向三元路线的变道风潮。在此背景之下，三元材料市场有望迎来较大的市场需求。

近年来，由于便携式设备、电动汽车以及混合动力汽车的发展，可充电电池的需求量越来越大。锂离子电池因具有容量大、倍率性能高、安全性好以及价格低廉等优点而得到广泛应用。Li[Ni1-xMx]O2(M＝Co，Mn，Al等)高镍材料由于具有高达200mAh/g的比容量，成为一种最具前途的锂电池正极材料(KOSTECKI R,MCLARNON F.Local-probe studies of degradation of composite LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂cathodes in high-power lithium-ioncells[J].Electrochem Solid-State Lett,2004,7(10):A380-A383.)。其中LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂由于Co和Al的加入，增强了结构的稳定性，表现出更优异的电化学性能(WEAVING J S,COOWAR F,TEAGLE D A,etal.Development of high energy density Li-ion batteries based on LiNi_1-x-yCo_xAl_yO₂[J].J Power Sources,2001,97/98:733-735.)。但是，为了提高材料的振实密度，进而提升材料的体积能量密度，材料大部分被做成了大直径球形颗粒(陈勃涛.Synthesis of LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂cathode material by spherical Co/Al-substitutedα-Ni(OH)₂as the precursor and its electro-chemical performance[J].无机化学学报,2010,26(2):190-196.)。

对于三元材料镍钴铝的研究，无论是国外还是国内围绕的重点都是提高压实密度，提高循环倍率上。随着技术研究上的突破，三元材料逐渐引起更多生产厂家的重视。2015年12家正极材料(含三元前驱体)企业销售收入为73.1亿元，产量为63949吨，销量为59462吨，出口额为19.39亿元，出口正极材料12964吨，出口三元前驱体5261吨。其中，9家钴酸锂企业产量为36843吨，前六大生产企业为瑞翔、杉杉、巴莫、当升、盟固利、金瑞。5家锰酸锂企业产量为10812吨，前4大企业为乾运、杉杉、瑞翔、强能。7家三元材料企业产量为10228吨，前6大企业为厦门钨业、金和、科隆、天骄、杉杉、瑞翔。3家前驱体企业产量为7421吨，分别为金和、科隆和金瑞。全球范围来看，锂电池企业主要集中在日本、中国和韩国，相应的锂电池正极材料的生产也主要集中在以上国家。国内锂电正极材料行业集中度较高，已经形成了以京津地区、长江中下游地区和华南地区三大锂电正极材料产业基地。由下图可以看出镍钴铝三元材料的出货量正处于逐年倍数增长的趋势。