[发明专利]一种镍钴铝全梯度正极材料前驱体前驱体及其制备方法

说明书

本发明涉及一种镍钴铝全梯度正极材料前驱体前驱体及其制备方法，分子式NixCoyAlz(OH)2+z，0.3≤X≤0.9，0.05≤Y≤0.3，0.01≤Z≤0.05，X+Y+Z＝1；由内而外，Ni，Co，Al元素呈梯度分布，最内层分子式NiaCobAlc(OH)2+c，a＞X，0.1＞c＞Z，a+b+c＝1；最外层分子式NidCoeAlf(OH)2+f，a＞X＞d，c＞Z＞f，且d+e+f＝1；前驱体中间层为最内层和最外层的梯度过渡材料。本发明解决了元素分布不均匀问题，同时合成的前驱体呈全梯度分布，无核壳结构中间的断层现象，化学组成呈阶梯分布，元素分布均匀，振实密度高，颗粒形貌好。

技术领域

本发明属于新能源材料制备技术领域，特别涉及一种镍钴铝全梯度正极材料前驱体前驱体及其制备方法。

背景技术

目前锂离子电池已经广泛应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提高能量密度、安全性以及降低成本的关键。而正极材料前驱体的多样性同样决定了正极材料的优劣，自特斯拉将NCA正极材料应用到电动汽车领域之后，全球掀起了一场NCA正极材料开发的热潮，NCA前驱体的开发也有了很大的提升。

NCA前驱体在目前前驱体市场上占有一定的比例，烧后的三元材料克容量高，压实密度接近NCM523型，对水分要求非常严格。国内外学者已经对NCA前驱体有十余年的研究，但是鉴于其合成难度大，工艺要求复杂，束缚了其大规模商业化的应用的实现。由于 Al(OH)3的Ksp在10-33数量级，而Co(OH)2和Ni(OH)2 的Ksp在10-15数量级，造成了镍和钴形成沉淀时，铝元素的沉淀速度要明显快于镍钴离子，从而造成颗粒团聚而形成絮状沉淀，严重影响材料的结晶度和物化指标。尽管有各种各样的困难，但是NCA前驱体制成的正极材料，在功率性能、安全性能等方面的卓越优势，一直使专家难以割舍。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明所需要解决的技术问题是提供一种加工性能良好且振实密度高的镍钴铝全梯度正极材料前驱体前驱体及其制备方法，该前驱体在不提高生产原料成本的基础上，完美解决元素分布不均匀的问题，同时合成的前驱体呈全梯度分布，不存在核壳结构中间的断层现象，化学组成呈阶梯分布，元素分布均匀，振实密度高，颗粒形貌好等优点，具有较高的性价比优势。

为了达到上述目的，本发明有以下技术方案：

本发明的一种镍钴铝全梯度正极材料前驱体前驱体，其特征在于，具有以下分子式组成NixCoyAlz(OH)2+z，其中0.3≤X≤0.9，0.05 ≤Y≤0.3，0.01≤Z≤0.05，且X+Y+Z＝1；

且由内而外，Ni，Co，Al元素呈梯度分布，其中；

最内层的分子式为NiaCobAlc(OH)2+c，其中a＞X，0.1＞c＞Z,，且a+b+c＝1；

最外层的分子式为NidCoeAlf(OH)2+f，其中a＞X＞d，c＞Z＞f，且d+e+f＝1；

前驱体中间层为上述前驱体最内层和前驱体最外层的梯度过渡材料；

该镍钴铝全梯度正极材料前驱体前驱体为球形，且所述球形正极材料前驱体中，镍元素从内到外呈递减趋势，钴和铝元素呈逐渐上升趋势。

制作该前驱体的具体步骤如下：

(1)将镍盐、钴盐、铝盐配在30-80℃下溶解在去离子水中，配制成浓度为0.5-3mol/l的混合溶液A，NiaCobAlc(OH)2+c，其中a＞ X，0.1＞c＞Z,，且a+b+c＝1

(2)将镍盐、钴盐、铝盐配在30-80℃下溶解在去离子水中，配制成浓度为0.5-3mol/l的混合溶液B，NidCoeAlf(OH)2+f，其中a＞X ＞d，c＞Z＞f，且d+e+f＝1；

(3)将碱溶解在去离子水中配制浓度为0.5-10mol/l的碱溶液；