[發明專利]高密度球形鎳鈷鋁前驅體材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310497934.6
• 申請日: 2013-10-22
• 公開（公告）號: CN103553152A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 張海艷;周勤儉;胡志兵;劉偉;劉庭杰;徐浩;甘勝;孫卓;覃事彪;張臻
• 申請（專利權）人: 金天能源材料有限公司
• 主分類號: C01G53/04
• 分類號: C01G53/04;H01M4/50;H01M4/52;H01M4/48
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 趙洪

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池正極材料用前驅體材料及其制備方法，尤其涉及一種鋰離子電池中鎳鈷鋁正極材料用前驅體材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池已廣泛應用于各種移動式電子產品（如手機、相機、筆記本電腦等），并且將越來越多地應用于電動汽車等領域。為適應這些應用領域日益發展的需要，對容量更大、重量更輕、尺寸更小的鋰離子二次電池的需求量不斷增大，因此，對鋰離子電池正極材料的比容量性能提出了越來越高的要求。

在可以應用于鋰離子電池的高比容量的正極材料中，高鎳系的正極材料一直是世界各國的研究熱點。其中，以LiNiO₂為基礎再摻雜Co元素體系的正極材料，既具有LiNiO₂材料較高的放電比容量，同時該正極材料的晶體層狀結構又更穩定，材料的循環穩定性也更好。但是，這種正極材料存在著耐過充能力差、熱穩定性較差、首次放電不可逆容量較高等缺陷。為解決上述存在的問題，使鎳鈷材料能盡快應用于商業化領域，國內外學者在此基礎上又進行了大量的摻雜試驗。其中，鋁元素的摻雜可以穩定鎳鈷材料的晶體結構，增加鋰離子的擴散系數，明顯抑制充放電過程中的放熱反應，使得摻雜鋁的鎳鈷材料的循環性能和耐過充性能都得到了明顯提高，因此，現今出現了一種能應用于鋰離子電池的新型正極材料——鎳鈷鋁正極材料（NCA）。

在鎳鈷鋁正極材料的生產過程中，對于如何使用鋁原料、鎳原料和鈷原料，人們有多種方式可供選擇，但普遍認為，采用Ni_1-x-yCo_xAl_y(OH)_2+y前驅體材料作為原料來生產制備鎳鈷鋁正極材料NCA的性能最優。因此，人們不斷研究如何制備出優良的Ni_1-x-yCo_xAl_y(OH)_2+y前驅體材料。

在化學共沉淀法合成制備Ni_1-x-yCo_xAl_y(OH)_2+y前驅體材料的過程中，由于鋁離子為+3價，其難以與鎳和鈷等+2價離子元素形成均勻的單一層狀結構，這使得在前驅體材料中鋁元素很難形成均勻分布的狀態，這將造成使用該原材料制備出的鎳鈷鋁正極材料的電性能指標不理想。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種鋁元素能均勻地與鎳、鈷元素結合、且振實密度更高的鋰離子電池正極材料用球形鎳鈷鋁前驅體材料，還提供一種工藝流程簡單、自動化程度高、可實現連續化生產、產能較高、產品品質穩定優異的高密度球形鎳鈷鋁前驅體材料的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為一種高密度球形鎳鈷鋁前驅體材料，所述鎳鈷鋁前驅體材料的化學分子式為Ni_1-x-yCo_xAl_y(OH)_2+y，即該化學分子式中Ni、Co、Al和(OH)的原子摩爾比為（1-x-y）∶x∶y∶（2+y），其中0.1≤x≤0.3，0.03≤y≤0.15；所述鎳鈷鋁前驅體材料的振實密度為1.8g/cm³～2.4g/cm³，所述鎳鈷鋁前驅體材料呈球形顆粒狀，且平均粒度為6μm～17μm；所述鎳鈷鋁前驅體材料在微觀上具有層狀結構。

作為一個總的技術構思，本發明還提供一種上述的高密度球形鎳鈷鋁前驅體材料的制備方法，包括以下步驟：

先將鋁鹽溶液單獨與絡合劑混合均勻得混合液A，再將鎳鹽溶液和鈷鹽溶液混合均勻得混合液B，將混合液A、混合液B、絡合劑溶液及沉淀劑溶液一起并流加入到一裝有底液的反應器中進行連續式的共沉淀反應，反應過程中的pH值控制在11.0～12.0，物料在反應器中的停留時間不超過20小時（共沉淀反應過程為連續反應，物料在反應器中停留時間不超過20小時，優選的停留時間為10～18小時，反應時間明顯縮短是本發明技術方案的一大特點），穩定反應后對從反應器中連續溢出的漿料進行固液分離，固體物料經陳化反應、洗滌、烘干后，得到鋰離子電池正極材料用的高密度球形鎳鈷鋁前驅體材料。

上述的制備方法中，優選的，所述鋁鹽溶液為鋁元素對應的硫酸鹽水溶液、氯化鹽水溶液或硝酸鹽水溶液；所述鎳鹽溶液為鎳元素對應的硫酸鹽水溶液、氯化鹽水溶液或硝酸鹽水溶液，所述鈷鹽溶液為鈷元素對應的硫酸鹽水溶液、氯化鹽水溶液或硝酸鹽水溶液。

上述的制備方法中，優選的，所述沉淀劑溶液為氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液。