[發明專利]一種鋰離子電池三元正極材料NCA的制備方法

在審

• 申請號: 201711049046.2
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107732235A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 于偉;謝海軍;王兆雄
• 申請（專利權）人: 福建金山鋰科新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/485;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于儲能材料及電化學領域，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

電動汽車EV 以及混合動力電動車HEV 的發展態勢非常迅猛。其中作為車載動力的動力電池備受關注。鋰離子電池因其具有高的能量密度、優異的循環壽命、無記憶效應、低的自放電率以及低污染等優點，已經成為動力電池的首選。在鋰離子電池的發展過程中，正極材始終是關鍵性因素。近年來，三元正極材料NCA有可能被廣泛用作鋰離子電池的正極材料。NCA作為鋰離子電池正極材料的主要優點是：放電平臺較平穩，儲鋰容量高。其缺點主要是第一次循環容量損失大和材料的結構穩定性相對較差，熱穩定性與安全性有待進一步提高，電極加工性能需要進一步改善。

隨著制備工藝的成熟化，燒結設備的改進，以及新的包覆技術的開發，三元材料NCA有望成為電動汽車電池的主流正極材料。

發明內容

本發明要決解的技術問題是克服現有制備技術的缺點，以模板劑為載體，采用化學共成淀法制備NCA三元正極材料，與傳統化學共成淀工藝相比，不需要嚴格控制反應過程，工藝操作更簡單，對環境友好，所得材料元素分布均勻，產品質量更好，且更適合規模化工業化生產的正極材料NCA的制備方法。

本發明提供了一種三元正極材料NCA的快速簡易制備方法，包括以下步驟：

步驟（１）：NCA前驅體的制備：制備鎳鹽、鈷鹽、鋁鹽溶液，將鈷鹽、鋁鹽溶液混合均勻，將球形模板劑添加到混合溶液中，再將鎳鹽添加到混合溶液中，最后將沉淀劑溶液與所述混合液一起并流加入反應釜中進行反應沉淀，充分反應后靜置陳化，陳化處理后固體料經過洗滌以及真空干燥以后得到三元正極材料前軀體；

步驟（2）：NCA正極材料制備：將所得三元材料NCA前軀體同鋰源充分混合，燒結，燒結后的材料經破碎后得到所需的三元正極材料NCA。

其中，沉淀劑采用氫氧化鈉，所用氫氧化鈉的摩爾量是的混合溶液中金屬離子摩爾量的1-3倍。

所述步驟（１）中，所述鎳鹽、鈷鹽與鋁鹽溶液摩爾比為8：1.3-1.6: 0.7-0.4。

優選的，所述步驟（１）中，所述 鎳鹽采用硫酸鎳，氯化鎳，硝酸鎳，碳酸鎳，草酸鎳一種或幾種；鈷鹽采用硫酸鈷、氯化鈷，硝酸鈷，草酸鈷，碳酸鈷的一種或幾種，鋁鹽采用硫酸鋁、氯化鋁，硝酸鋁、偏鋁酸鈉的一種或幾種。

優選的，所述步驟（１）中混合鹽溶液中金屬離子的摩爾濃度為0.5-2M/L。

優選的，所述步驟（１）中所添加模版劑是球形活性炭或者高比表面吸附樹脂，其中活性炭和高比表面吸附樹脂的比表面積大于1000m²/g,模版劑添加到混合鹽溶液中后充分攪拌2-8小時。

優選的，所述步驟（１）中通過模版劑共沉淀工藝制備三元正極材料NCA前軀體，添加的模板劑質量分數是所制備前驅體質量分數的0.15-10%。

優選的，所述步驟（2）中的鋰源采用碳酸鋰，氫氧化鋰，硝酸鋰，草酸鋰，醋酸鋰的一種或者幾種。

優選的，所述步驟（2）中所用前驅體與鋰源的配比按摩爾比計算，配比為1：1-1.1。

優選的，步驟（2）中燒結的氣氛采用氧氣，燒結溫度為700-850℃，燒結時間為10-20小時，燒結后自然冷卻，經過粉碎，分級得到最終產品。

本發明采用模版法制備三元材料前驅體，與傳統工藝相比元素分布更均勻，工藝時間短，工藝更好控制，操作更簡單，對環境友好，對設備要求低，原材料浪費少，產品品質好等優點。

附圖說明

圖1是制備NCA前驅所用球形活性炭。

圖2是按照實施例制備的NCA前驅體的形貌圖。

圖3是按照實施例制備的NCA的形貌圖。

圖4是按照實施例制備的NCA的XRD圖。

圖5是按照實施例制備的NCA的充放電性能圖。

圖6是按照實施例制備的NCA的循環性能圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明的較優的實施例作進一步的詳細說明：

實施例1