[發明專利]一種鎳鈷鋁酸鋰小單晶材料的制備方法

在審

• 申請號: 201410462837.8
• 申請日: 2014-09-05
• 公開（公告）號: CN105322152A
• 公開（公告）日: 2016-02-10
• 發明（設計）人: 郭建
• 申請（專利權）人: 郭建
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M4/525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于鋰離子電池正極材料技術領域，特別涉及一種高比容量鋰離子電池用正極材料及其制備方法。

背景技術

NCA正極材料即氧化鎳鈷鋁酸鋰材料，屬于摻鋁型鎳鈷系列正極材料，國內外學者已經進行了長達十余年的研究，但是由于其屬于高鎳材料，充電狀態下易與電解液發生反應產生大量氣體，同時其高溫循環、高電壓下循環及熱穩定性都存著一定問題，這制約了NCA材料在鋰離子電池正極材料領域的應用。

發明內容

本發明提出的方法是在較低焙燒溫度下利用研磨分散及助熔劑將NCA材料制備成粒度D50在1-3um的小單晶顆粒，該種小單晶顆粒不僅保持了NCA材料高容量的特性，與市場上常見的球形NCA材料相比，單晶材料顆粒之間接觸緊密，間隙較小，而且粒徑差別小，顆粒均勻，顆粒間可緊密壓實，不會出現球形被壓碎破壞影響材料壓實密度的現象，其最高壓實密度可以與鈷酸鋰相當，同時單晶化提高了材料在高溫高壓條件下的循環穩定性及材料的熱分解溫度，同時軟包電池基本無鼓漲現象。其次該材料的堿性較低，對勻漿過程中的環境條件要求較低，適合國內電池生產。

為了解決上述技術問題，本發明一種制備鎳鈷鋁酸鋰材料的方法，包括以下步驟：

步驟一：鎳鈷鋁前驅體的制備，將鎳鹽溶液、鈷鹽溶液、鋁鹽溶液，混合均勻，得鎳鈷鋁鹽溶液中鎳鈷鋁離子摩爾比為：(0.7-0.9)∶(0.05-0.2)∶(0.05-0.2)，將含有1-8M氨水的6-12M的氫氧化鈉溶液作為堿溶液與鎳鈷鋁溶液并流加入高速攪拌反應釜中，調節堿溶液流速控制反應釜內pH值在11-13間，至鎳鈷鋁溶液注入完畢后停止注液，將所得料漿進行固液分離，所得固體物料經過洗滌后在烘箱中80-150度下干燥8-24h，得到鎳鈷鋁前驅體。

步驟二：將鎳鈷鋁前驅體與鋰源按摩爾比1∶1～1.1混合均勻后放入焙燒爐中在空氣氣氛下300-500度下預焙燒4-20h后降至室溫。

步驟三：將焙燒后的材料、一定量的分散劑及水放入球磨罐中高速研磨10-30min，在烘箱中80-150度下干燥8-24h，烘干后過500-1000目篩

步驟四：將過篩后的材料與一定量的助熔劑進行混合，混合均勻后放入焙燒爐內，在氧氣氣氛下750-900度下焙燒8-24h，焙燒后材料進行破碎過篩后，使用純水洗滌過濾后，將固體放入焙燒爐中在氧氣氣氛下300-600度下焙燒4-12h，焙燒完成后降至室溫過篩后即可得到小單晶鎳鈷鋁酸鋰材料。

本發明制備得到的鎳鈷鋁酸鋰材料用于鋰離子電池的正極材料。

由于本發明在NCA材料的焙燒過程中使用分散劑及助熔劑將NCA材料小單晶顆粒化的方法，與傳統NCA二次顆粒材料相比在獲得較高容量的同時有效提高了NCA材料的壓實密度，提高了材料的熱分解溫度及在高溫高壓條件下的循環穩定性，降低了NCA材料表面堿性，軟包電池的鼓脹基本消失，適合國內電池生產。該工藝簡單易行，可以進行大規模工業化生產。

附圖說明

圖1是本發明實施例1制備得到的NCA材料的XRD圖；

圖2是本發明實施例1制備得到的NCA材料的SEM圖；

圖3是本發明實施例1制備得到的NCA材料4.3V電壓下DSC圖

圖4是本發明實施例1制備得到的NCA材料3.0-4.3V電壓下0.1C的首次容量圖；

圖5是本發明實施例1制備得到的NCA材料常溫3.0-4.3V電壓下1C的50次循環容量圖

圖6是本發明實施例1制備得到的NCA材料55度3.0-4.3V電壓下1C的50次循環容量圖

圖7是本發明實施例2制備得到的NCA材料的SEM圖；

具體實施方式

以下通過實施例講述本發明的詳細過程，提供實施例是為了理解的方便，絕不是限制本發明。