[發(fā)明專(zhuān)利]一種鋰離子電池三元正極材料NCA的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710248821.0
• 申請(qǐng)日: 2017-04-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107195872B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝海軍;方萬(wàn)里;于偉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 福建金山鋰科新材料有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/36
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/36;H01M4/525
• 代理公司: 深圳市漢唐知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44399
• 代理人: 彭益宏

本發(fā)明提供一種鋰離子電池三元正極材料NCA的制備方法。包括以下幾個(gè)步驟：步驟（１）：三元正極材料NCA前驅(qū)體的制備：以電解鎳、電解鈷和電解鋁為原材料，熔煉制備高純鎳鈷鋁合金熔體，高純鎳鈷鋁合金除雜，將除雜后的高純鎳鈷鋁合金通過(guò)水霧化法制成球形合金粉；將所得球形合金粉體預(yù)氧化和氧化得到氧化鎳鈷鋁前軀體；步驟（2）：三元正極材料NCA的制備：將氧化鎳鈷鋁前軀體同鋰源混合，在氧氣氣氛條件下燒結(jié)，燒結(jié)后的材料經(jīng)破碎、分級(jí)、除磁后得到NCA三元正極材料。本發(fā)明采用金屬霧化工藝制備N(xiāo)CA三元前軀體，與傳統(tǒng)工藝相比不使用氨水做絡(luò)合劑，不使用大量的水，工藝更環(huán)保，所得前軀體振實(shí)密度更高，工藝更好控制，操作更簡(jiǎn)單。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于儲(chǔ)能材料及電化學(xué)領(lǐng)域，涉及一種鋰離子電池三元正極材料NCA的制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池因其具有高的能量密度、優(yōu)異的循環(huán)壽命、無(wú)記憶效應(yīng)、低的自放電率以及低污染等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為動(dòng)力電池的首選。在鋰離子電池的發(fā)展過(guò)程中，正極材始終是關(guān)鍵性因素。近年來(lái)，三元正極材料NCM被廣泛用作鋰離子電池的正極材料。三元材料廠商在制備三元正極材料的過(guò)程中普遍采用共沉淀工藝制備前軀體，生產(chǎn)中往往要用到氨水做絡(luò)合劑，而且生產(chǎn)過(guò)程中每生產(chǎn)一噸三元正極材料需要產(chǎn)生35噸的廢水，廢水的處理比較麻煩，成本較高且存在氨氮泄露風(fēng)險(xiǎn)，氨氮除去裝置固定投入較大，生產(chǎn)工藝不夠環(huán)保，所得材料振實(shí)密度相對(duì)較低。但是，三元材料作為鋰離子電池正極材料的優(yōu)點(diǎn)特別突出。因此，三元正極材料備受人們關(guān)注。隨著技術(shù)進(jìn)步，三元材料逐漸成為正極材料的主流產(chǎn)品。目前。高鎳三元材料NCA在鋰電池行業(yè)尚未大規(guī)模應(yīng)用，NCA制備技術(shù)有待進(jìn)一步革新。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有制備技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種鋰離子電池三元正極材料NCA的制備方法，包括以下幾個(gè)步驟：

步驟（１）：三元正極材料NCA前驅(qū)體的制備：以電解鎳、電解鈷和電解鋁為原材料，熔煉制備高純鎳鈷鋁合金熔體，高純鎳鈷鋁合金除雜，將除雜后的高純鎳鈷鋁合金通過(guò)水霧化法制成球形合金粉；將所得球形合金粉體預(yù)氧化和氧化得到氧化鎳鈷鋁前軀體。

步驟（2）：三元正極材料NCA的制備：將氧化鎳鈷鋁前軀體同鋰源混合，在氧氣氣氛條件下燒結(jié)，燒結(jié)后的材料經(jīng)破碎、分級(jí)、除磁等后續(xù)處理工序得到NCA三元正極材料。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，其優(yōu)點(diǎn)在于，采用金屬霧化工藝制備N(xiāo)CA球形合金粉體，通過(guò)適當(dāng)?shù)念A(yù)氧化和氧化處理得到前驅(qū)體然后配鋰，經(jīng)過(guò)合理的燒結(jié)工藝制備高密度三元正極材料，與傳統(tǒng)化學(xué)共成淀工藝相比，不需要使用氨水，不需要使用大量的純水，不需要嚴(yán)格控制反應(yīng)過(guò)程，工藝操作更簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境友好，所得材料元素分布均勻，產(chǎn)品質(zhì)量更好，且更適合規(guī)模化、工業(yè)化生產(chǎn)高振實(shí)密度三元正極材料。

優(yōu)選的，步驟（１）中熔煉鎳鈷鋁合金采用的原材料是高純鎳、高純鈷、高純鋁或者電解鎳、電解鈷、電解鋁，鎳、鈷、鋁元素的摩爾比為（7.9~8.2）：（0.14~0.16）:(0.04~0.06)。

優(yōu)選的，步驟（１）中采用中頻感應(yīng)爐熔煉鎳合金，熔煉溫度1500~1700℃，熔煉過(guò)程中鎳錠、鈷錠先加入感應(yīng)爐，鋁錠后加。

優(yōu)選的，步驟（１）中通過(guò)[lz1] ，得到純凈的鎳鈷鋁合金，通過(guò)水霧化工藝制備球形鎳鈷鋁合金粉，水霧化壓力70~200MPa。

其中，造渣劑為螢石，硅，純凈的鎳鈷鋁合金的純度大于99.99%。

優(yōu)選的，步驟（１）中，將所得球形合金粉體預(yù)氧化和氧化得到氧化鎳鈷鋁前軀體，預(yù)氧化和氧化采用是回轉(zhuǎn)爐，預(yù)氧化溫度200~500℃，氧化溫度600~800℃，升溫速度1~5℃/min，預(yù)氧化時(shí)間1~2小時(shí)，[lz2] 1~4小時(shí)，預(yù)氧化和氧化氣氛為空氣或氧氣。

優(yōu)選的，步驟（2）中，所述鋰源采用碳酸鋰，氫氧化鋰，硝酸鋰，草酸鋰和醋酸鋰的一種或者幾種。