[发明专利]一种掺铝锂离子正极材料前驱体的制备方法

说明书

本发明公开了一种掺铝锂离子正极材料前驱体的制备方法，S1，制备钴溶液、液碱溶液、铝‑络合液混合溶液备用；S2，将钴溶液、氨水和铝‑络合液混合溶液从反应釜一侧并流加入反应釜，将液碱溶液从反应釜另一侧以计量方式加入反应釜；S3，通过螺旋搅拌叶轮将加入到反应釜中的溶液搅拌混合，并控制溶液的PH值大约12.4；S4，将反应釜中混合均匀的溶液静止，将上清液过滤到陈化池中；S5，将陈化后的反应物进行烧结和混批除磁处理，得到成品掺铝氧化钴前驱体。本发明工艺简单，成本较低，在保证所制备的掺铝锂离子正极材料前驱体强度的同时，所制备的铝元素均匀分布于前驱体更加均匀，具有良好的实用性。

技术领域

本发明涉及新能源电池材料技术领域，尤其涉及一种掺铝锂离子正极材料前驱体的制备方法。

背景技术

锂离子电池高电压有几个发展方向：体相匀质掺杂、体相非匀质掺杂、核壳结构；其中体相匀质掺杂，对掺杂相的选择最为重要，在锂离子电池中，一般选用Zr、Al、Ti、Mg作为掺杂相，用来改善在高充电电压状态下锂离子电池正极材料的晶体结构稳定性。铝是一种非常理想的掺杂相，可以极大的增强正极材料的晶体稳定性。但是要做到锂离子正极材料中，要保证掺杂相的匀一性，至少是同一球环层必须匀一，否则，电池会在掺杂相少的地方，形成薄弱点，高电压充放电过程中，会优先形成晶体结构坍塌，严重影响锂离子电池整体性能。

铝掺杂相，性能好，但是在后期正极材料烧结过程中作为添加剂引入烧结，由于铝的稳定性、高温渗透性差，需要极高的温度才能让掺入的铝高温固体扩散到正极材料中，会极大的提高烧结能耗。

目前NCM三元前驱体就是采用预先配制固定比例共混溶液进行试验或工业生产，由于铝离子极易水解，能够稳定存在的铝都是只能存在于强酸性水溶液中，通过将铝与其它金属共同配置在一起来制备成所需比例的掺铝前驱体不合理，需要采用其他掺杂形式。

现在使用的混法合成法在前驱体中掺入铝，将纳米级氧化铝直接按照比例泵入反应釜制备得到掺铝前驱体，铝的掺入能极大提高前驱体的强度，但是铝仍不能均匀掺入前驱体中，前驱体表面上能明显看到氧化铝颗粒。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，提出的一种掺铝锂离子正极材料前驱体的制备方法，在锂离子正极材料的前驱体制备过程中掺铝，在保证对生产体系没有太大波动的前提下，将铝以合理的形式掺杂到锂离子正极材料中。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种掺铝锂离子正极材料前驱体的制备方法，包括如下步骤：

S1，制备钴溶液、液碱溶液、铝-络合液混合溶液备用；

S2，将钴溶液、氨水和铝-络合液混合溶液从反应釜一侧并流加入反应釜，将液碱溶液从反应釜另一侧以计量方式加入反应釜；

S3，通过螺旋搅拌叶轮将加入到反应釜中的溶液搅拌混合，并控制溶液的PH值大约12.4；

S4，将反应釜中混合均匀的溶液静止，将上清液过滤到陈化池中；

S5，将陈化后的反应物进行烧结和混批除磁处理，得到成品掺铝氧化钴前驱体。

作为优选地，在S1中，所述铝-络合液混合溶液由复合络合液和铝溶液混合制备而成，复合络合液由20%氨水、40%硫酸铵和纯水按体积比为5～10:10～15：10的比例混合制备而成，铝溶液由二氧化铝溶于混合酸中制备而成，混合酸由37%盐酸与60%硝酸按体积比为2～4:0.5～1.5的比例混合得到，铝溶液的pH控制小于0.5，发生如下反应：

铝-络合液混合溶液中铝的质量浓度为0.015～1.1g/L。