[發(fā)明專利]一種包覆型鎳鈷鋁正極材料前驅(qū)體的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710384756.4
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN107316990A
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 常全忠;王紅忠;江名喜;曹篤盟;楊克勇;宋芳;高小琴;王璐;郭培慶;孫玥;張佩莉
• 申請（專利權(quán)）人: 金川集團股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 甘肅省知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)中心62100
• 代理人: 王蕓

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種包覆型鎳鈷鋁正極材料前驅(qū)體的制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池由于能量密度高、循環(huán)性能好、綠色環(huán)保等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于各種移動式電子產(chǎn)品，并將越來越多地應(yīng)用于電動汽車領(lǐng)域。正極材料在鋰離子電池產(chǎn)品組成中占據(jù)著最重要的地位，正極材料的好壞，直接決定了電池的最終性能，而且正極材料在電池成本中所占比例高達40%左右。

在新能源汽車?yán)m(xù)航里程要求不斷提升的形勢下，對動力電池能量密度有決定性影響的正極材料正在往高鎳方向發(fā)展，而已被成功規(guī)模應(yīng)用的NCA材料是目前最可行的技術(shù)方案，甚至有可能占據(jù)未來新能源乘用車動力電池市場主導(dǎo)地位。

高Ni系正極材料到目前未得到更廣泛應(yīng)用，其原因在于其很難合成具有化學(xué)計量比的材料，鋁的摻雜可以穩(wěn)定鎳鈷材料的結(jié)構(gòu)，明顯抑制充放電過程中的放熱反應(yīng)，使材料循環(huán)性能和耐過充性能提高，因此NCA正極材料的重點主要在鎳鈷鋁氫氧化物前驅(qū)體的合成上。

目前鎳鈷鋁正極材料前驅(qū)體的制備方法主要有固相混合法、共沉淀法、溶膠-凝膠法等，不同制備方法對材料的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能有著不同的影響，方法不同，制出的材料有明顯的差別，固相混合法一般通過機械混合的方式將氫氧化鋁粉末混入到氫氧化鎳鈷粉體中，工藝簡單成本低，但鋁在鎳鈷中不能達到均勻混合，導(dǎo)致產(chǎn)品電化學(xué)性能差；共沉淀法工藝流程相對簡單，但由于Al³⁺、Ni²⁺和Co²⁺三種離子的Ksp分別為1.9×10^-33、2×10^-15和1.6×10^-15相差太大，Al³⁺很難和Ni²⁺、Co²⁺實現(xiàn)均相共沉淀，前驅(qū)體晶格有序性變差。但不同的制備方法有各自的優(yōu)勢，比如反應(yīng)溫度低、原料混合均勻、材料制備的重現(xiàn)性和一致性較好、化學(xué)反應(yīng)進度容易控制等，都能合成出層狀結(jié)構(gòu)良好的正極材料，但是它們也有相應(yīng)的弊端，因此，現(xiàn)有的制備方法都需要繼續(xù)研究改進。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題提供一種包覆型鎳鈷鋁正極材料前驅(qū)體的制備方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種包覆型鎳鈷鋁正極材料前驅(qū)體的制備方法，該方法按照下述步驟進行：

步驟1：將Ni²⁺、Co²⁺混合鹽溶液與絡(luò)合劑溶液、沉淀劑溶液并流加入裝有底液的反應(yīng)器中，于50℃-75℃、pH值10-13.5、攪拌轉(zhuǎn)速在300-600rpm、絡(luò)合劑濃度0.15-0.30mol/l條件下進行液相合成反應(yīng)40-60h，反應(yīng)結(jié)束后陳化1h，得平均粒徑D50在8-25μm的球形氫氧化鎳鈷粉體漿液；

步驟2：向步驟1中得到的氫氧化鎳鈷粉體漿液中加入8mol/l稀硫酸，調(diào)整pH值至7.0-8.5，并加入Al³⁺鹽溶液和沉淀劑溶液并流加入到反應(yīng)器中，于50℃-75℃、pH值7.0-8.5、攪拌轉(zhuǎn)速在300-600rpm進行包覆反應(yīng)8-10h，反應(yīng)結(jié)束后陳化1h，得包覆型粉體；

步驟3：將步驟2中得到的包覆型粉體固液分離得粉料，將粉料加入80℃-100℃去離子水?dāng)嚢璩蓾{液，在轉(zhuǎn)子線速度15-25m/s的乳化分散機對漿液強化洗滌并固液分離、加去離子水漿化及強化洗滌，反復(fù)洗滌后將粉料置于90-120℃干燥箱內(nèi)干燥20-24h，得平均粒徑D50為8-25μm的球形鎳鈷鋁正極材料前驅(qū)體。

優(yōu)選的，步驟1中的混合鹽溶液中，Ni²⁺、Co²⁺的摩爾比為1-x-y:x（x、y為鎳、鈷金屬量摩爾比值，其中0.05≤x≤0.2，0.01≤y≤0.05）。

優(yōu)選的，步驟1和步驟2中的混合鹽溶液中總金屬離子的濃度為1-3mol/l。

優(yōu)選的，步驟1中的絡(luò)合劑溶液的濃度為2.5-4.5mol/l，該絡(luò)合劑溶液為EDTA、氨水、EGTA、硫化鈉、酒石酸中的一種或幾種水溶液，絡(luò)合劑溶液的加入量為混合鹽溶液加入量的0.1-0.2倍，絡(luò)合劑溶液在反應(yīng)中可以對金屬離子有絡(luò)合作用，而且還可以穩(wěn)定混合溶液的pH值。

優(yōu)選的，步驟1和步驟2中的沉淀劑溶液的濃度為5-10mol/l，該沉淀劑溶液為氫氧化鈉、硫脲、碳酰二胺中的一種或幾種水溶液。

優(yōu)選的，步驟1中的底液為沉淀劑溶液與絡(luò)合劑溶液的混合溶液。