[發明專利]一種納米鎳鈷鋁酸鋰正極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710060624.6
• 申請日: 2017-01-25
• 公開（公告）號: CN106848305A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 常程康;肖鵬;陳雪平;關利;呂庭鍵
• 申請（專利權）人: 上海應用技術大學
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明屬于材料學領域，涉及一種鋰離子電池，具體來說是一種納米鎳鈷鋁酸鋰（LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂）正極材料的制備方法。

背景技術

在動力電池領域，隨著新能源汽車對續航里程的要求不斷提升，迫切需要一種高容量密度、高能量密度的正極材料，而鎳鈷鋁酸鋰正極材料以其容量高（180mAh/g以上）、循環穩定性好、低毒等特性成為一種十分具有潛力的動力電池正極材料。

目前工業生產中，鎳鈷鋁酸鋰主要采用前驅體法制備。一般使用可溶性的硫酸鹽或硝酸鹽絡合共沉淀制出鎳鈷鋁氫氧化物前驅體，然后混合碳酸鋰或氫氧化鋰高溫煅燒獲得鎳鈷鋁酸鋰。

該工藝流程中，前驅體制備過程中需要嚴格控制原料濃度、PH值等條件，生產時控制困難，而且會產生大量的硫酸鹽、硝酸鹽廢水。

同時，在合成鎳鈷鋁酸鋰的過程中，前驅體混合鋰源煅燒時二價鎳離子難以全部氧化成三價鎳離子，而二價鎳的存在會造成鋰鎳陽離子混排，一般前驅體法生產獲得的材料，鋰鎳陽離子混排可達到5%左右。由于離子半徑r(Ni³⁺)<r(Ni²⁺)<r(Li⁺)，脫鋰時二價鎳離子被氧化成半徑更小的三價鎳離子，造成微小的層間結構坍縮，這就造成嵌鋰時鋰離子再難通過坍縮的位置，使材料的鋰離子擴散系數減小，造成材料出現不可逆容量損失和倍率性能不佳。因此在合成鎳鈷鋁酸鋰時減少陽離子混排尤為重要。

發明內容

針對現有技術中的上述技術問題，本發明提供了一種納米鎳鈷鋁酸鋰正極材料的制備方法，所述的這種納米鎳鈷鋁酸鋰正極材料的制備方法要解決現有技術合成鎳鈷鋁酸鋰的過程中，二價鎳的存在會造成鋰鎳陽離子混排，使材料的鋰離子擴散系數減小，造成材料出現不可逆容量損失和倍率性能不佳的技術問題。

本發明提供了一種納米鎳鈷鋁酸鋰正極材料的制備方法，包括以下步驟：

1)按照質量比稱取NiO、CoO、Al₂O₃、Li₂CO₃和去離子水，所述的NiO、CoO、Al₂O₃、Li₂CO₃和去離子水的質量比為120.7:22.5:5.1:74.67-78.4：500，將NiO、CoO、Al₂O₃、Li₂CO₃和去離子水混合，形成漿料。

2)將上述漿料加入砂磨機中，控制轉數2000r/min，研磨時間1-5h，得到粒徑在220-260nm的漿料。

3)將上述漿料進行噴霧干燥，得到粒徑3-6um的球形鎳鈷鋁酸鋰前驅體。

4)將上述前驅體粉末施以2-6MPa的壓力進行壓塊，然后，在管式爐中，控制氧氣流速100ml/min，升溫至500℃煅燒2h，然后升溫至700-800℃煅燒12h，即可得到納米鎳鈷鋁酸鋰正極材料。

進一步的，步驟（1）中NiO、CoO、Al₂O₃、Li₂CO₃配料按質量份數120.7:22.5:5.1:74.67。

進一步的，步驟（1）中NiO、CoO、Al₂O₃、Li₂CO₃配料按質量份數120.7:22.5:5.1:78.4。

進一步的，步驟（2）中研磨時間控制在5h。

進一步的，步驟（4）中，煅燒溫度為700℃，煅燒時間為12h。

進一步的，步驟（4）中，煅燒溫度為800℃，煅燒時間為12h。

本發明將NiO、CoO、Al₂O₃、Li₂CO₃依次加入去離子水中混合，然后將混合物料加入砂磨機中研磨，得到懸浮物粒徑在220-260nm之間的漿料。隨后將漿料噴霧干燥，獲得二次粒徑在3-6um的鎳鈷鋁酸鋰前驅體粉料。將前驅體粉料壓制成塊后，放入通有氧氣的管式爐中，700-800℃煅燒12h，取出后破碎成合適顆粒大小，即可得到納米鎳鈷鋁酸鋰正極材料。