[發明專利]一種鋰離子電池正極材料鎳鈷鋁球形前驅體的制備方法

有效

• 申請號: 201310504619.1
• 申請日: 2013-10-15
• 公開（公告）號: CN103570083A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 程琥;丁方
• 申請（專利權）人: 貴州師范大學
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/52;H01M4/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池正極材料的制備工藝，特別是一種鎳鈷鋁球形前驅體的制備方法，屬于鋰離子二次電池正極材料技術領域。

背景技術

鋰離子電池以其高的能量密度、高的放電平臺等優點，廣泛應用于手機、相機、筆記本電腦等便攜式電子設備。隨著人們對鋰離子電池的要求越來越高，人們需要使用時間更長、尺寸更小、重量更輕的鋰離子電池，這就要求鋰離子電池正極材料應兼具安全性好、比容量高、循環穩定等性能，但目前已經成熟的鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和鎳鈷錳三元材料均難以同時滿足上述的各項要求。而鎳鈷鋁酸鋰價格低，壓實密度高，克容量高，體積比容量高于鈷酸鋰，具有廣泛的應用前景。

目前合成鎳鈷鋁酸鋰正極材料Li(Ni_xCo_yAl_z)O₂的方法主要包括固相法、共沉淀法和溶膠-凝膠法，固相法工藝簡單，成本較低，但電化學穩定性差；共沉淀法是先在反應釜中制備出球形的氫氧化物前驅體，然后按配比與鋰鹽混合，再經高溫下燒結固相反應而成，其工藝相對簡單，材料容量高，循環性能好，但燒結溫度較高，能耗大：溶膠-凝膠法合成的材料性能不穩定。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種綠色環保、具有較高性價比且工藝簡單的鋰離子電池正極材料鎳鈷鋁球形前驅體的制備方法，從而克服上述現有技術的不足。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：

一種鋰離子電池正極材料鎳鈷鋁球形前驅體的制備方法，該方法包括以下步驟：

(1)、將水溶性鎳鹽、鈷鹽和鋁鹽溶解成金屬混合鹽水溶液，金屬混合鹽水溶液中鎳鹽濃度為0.4～1.2mol／L，鈷鹽濃度為0.075～0.225mol／L，鋁鹽濃度為0.025-0.075mol／L；

(2)、將上述金屬混合鹽水溶液、絡合劑水溶液、沉淀劑水溶液分別經精密流量控制系統連續注入到溫度為20～60℃反應釜中，控制反應體系的攪拌速度為100～250r／min，控制反應液pH值為9.5～12.5，持續反應生成沉淀，接著壓濾、洗滌，得到洗凈的濾餅；

(3)、將上述洗凈的濾餅分散到蒸餾水中，控制固液比為5：100～25：100，配成漿液；

(4)、將上述配好的漿液進行噴霧干燥，控制進風溫度為120～250℃、出風溫度為90～200℃，獲得鎳鈷鋁球形前驅體。

上述的鋰離子電池正極材料鎳鈷鋁球形前驅體的制備方法，步驟(1)中所述鎳鹽為硫酸鎳、硝酸鎳、氯化鎳中的至少一種；所述鈷鹽為硫酸鈷、硝酸鈷、氯化鈷中的至少一種；所述鋁鹽為硫酸鋁、硝酸鋁、氯化鋁中的至少一種。

前述的鋰離子電池正極材料鎳鈷鋁球形前驅體的制備方法，步驟(2)中所述絡合劑為氨水，絡合劑濃度為6.0～12.0mol／L；所述沉淀劑可以是氫氧化鈉和氫氧化鉀，也可以是氫氧化鈉，或者是氫氧化鉀，沉淀劑濃度為1.0～3.0mol／L。

前述的鋰離子電池正極材料鎳鈷鋁球形前驅體的制備方法，步驟(4)中制備的球形鎳鈷鋁前驅體的球形顆粒D₅₀(也叫中位徑或中值粒徑，常用來表示粉體的平均粒度)為10～15μm。

本發明的有益效果：與現有技術相比，本發明采用獨創的共沉淀-噴霧干燥法制備用于合成鎳鈷鋁酸鋰的球形前驅體，本發明采用噴霧干燥，并通過控制噴霧干燥工藝條件，使得水溶液快速蒸發，干燥形成粒徑大小均一、球形顆粒前驅體，使得后續制備的鎳鈷鋁酸鋰材料具有均一穩定的充放電性能。該方法的優點在于：工藝流程簡單，反應易于控制；產品球形度好，粒徑分布均勻；具有廣闊的發展前景，市場潛力大。

與傳統的采用共沉淀法制備球形前驅體相比，本發明有以下不同點：(1)、傳統的共沉淀法是通過共沉淀過程直接得到球形前驅體，共沉淀過程是獲得球形前驅體的關鍵，而本發明是先共沉淀，然后通過噴霧干燥得到球形前驅體，噴霧干燥是獲得球形前驅體的關鍵。(2)、傳統的共沉淀法由于是直接形成球形前驅體，為保證前驅體的球形度和粒徑，需要嚴格控制整個共沉淀過程的工藝條件，控制難度大，工藝過程復雜；本發明的共沉淀只是其中的一個工藝步驟，形成球形前驅體的關鍵在于噴霧干燥而不是共沉淀，所以本發明的共沉淀條件可以控制得比較簡單，不需要像傳統的共沉淀法那樣進行嚴格控制，過程比較簡單，易于控制。