[发明专利]一种高性能镍钴铝酸锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能镍钴铝酸锂正极材料及其制备方法，在前驱体制备过程中前期控制进料速率和反应体系pH值在一个较高的水平，使得反应体系迅速成核并形成大量晶种；后期适当降低进料速率和反应体系pH值，使晶核缓慢长大，从而制备出颗粒高度均匀的氢氧化镍钴铝前驱体；再在前驱体表面引入高价金属离子，最后通过两段式烧结方式将前驱体和一水合氢氧化锂煅烧，得到镍钴铝酸锂正极材料。本发明提升了镍钴铝酸锂正极材料的电化学性能、结构稳定性和循环稳定性，改善效果显著，有助于提升锂电池正极材料的整体性能，且该操作简单、易于工业化，适于在本领域内推广使用。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，涉及一种锂电池正极材料，具体涉及一种高性能镍钴铝酸锂正极材料及其制备方法。

背景技术

目前，汽车燃油已占我国石油消费的40％，这不仅加速石油资源的枯竭，其排放的尾气污染物也给环境带来了巨大的影响。近年来随着汽车进入家庭，汽车尾气排放已成为我国大中城市空气污染的主要来源。因此，石油资源有限和环境污染已成为制约汽车行业发展的瓶颈，而解决燃料短缺和环境污染的有效途径之一是发展电动汽车，其中关键技术是研发具有电化学性能优异、稳定性好的电池材料。

锂电池作为新一代绿色环保电池，因电化学性能优异、放电平台高、容量大、循环寿命长、无记忆效应等优点，已被广泛应用于电动自行车和电动汽车等领域。随着电动汽车的发展与普及，对锂离子电池的电化学性能、比容量和循环性能等也提出了更高的要求。

三元材料(如LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂,LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂和LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂等)是目前公认今后高比容量锂离子电池首选正极材料，以镍钴铝酸锂正极材料为代表，当镍含量高于80％时，其容量可达180mAh/g以上。然而，镍钴铝酸锂正极材料的循环稳定性较差，这是由于目前工业上镍钴铝酸锂正极材料大多采用氢氧化物共沉淀法制备，沉淀过程极容易形成细小颗粒，这种细小颗粒会对材料的循环稳定性，特别是在高倍率(快速充放电)下的循环稳定性产生极大影响，从而使镍钴铝酸锂正极材料作为锂离子电池正极材料的应用方面受到极大的限制。为了提升镍钴铝酸锂正极材料的循环稳定性，并进一步提升其电化学性能，多种改性工艺(包括包覆、掺杂、设计浓度梯度、设计新型核壳结构等)广泛应用于镍钴铝酸锂正极材料的制备，然而均未取得良好的效果。

因此，如何提升镍钴铝酸锂正极材料的电化学性能、容量及循环稳定性，是目前锂离子电池研究领域的研究重点和技术难点，这项技术的突破将有助于锂离子电池整体性能的进一步提升。

发明内容

本发明的目的旨在针对上述现有技术的不足之处，提供一种高性能镍钴铝酸锂正极材料及其制备方法，该方法通过对工艺的改进来进一步提升镍钴铝酸锂正极材料的电化学性能和容量，特别是有效提升材料的循环稳定性。

本发明的基本思想为：首先对传统沉淀法进行改进，采用分段控制pH值和进料速率的方式制备出颗粒均匀的前驱体材料，这不仅可以提升材料的循环性能，也方便后续进一步加工处理；再在前驱体材料表面中引入钛、锰、锆等高价元素，形成含有稳定金属的缓冲层，从而进一步提升材料的循环性能；另一方面，由于高价金属离子的引入，表面区域一定量的三价镍离子被还原成二价镍离子，一定程度上能够提升材料的比容量和结构稳定性。

本发明提供的高性能镍钴铝酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)氢氧化镍钴铝前驱体制备