[發明專利]一種燃燒乃至爆燃合成NCA電池材料的方法

有效

• 申請號: 201811587110.7
• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN109686974B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 謝興華;張良杰;周慧生;李增源;汪泉;吳紅波;楊恒;劉鋒;馮余慶;李雪交
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525
• 代理公司: 北京細軟智谷知識產權代理有限責任公司 11471
• 代理人: 王金寶

本發明涉及一種燃燒乃至爆燃合成NCA電池材料的方法，通過將選擇的鎳源、鈷源和鋁源按照適合質量制得第一混合物料，之后置于高溫條件下進行燃燒乃至爆燃反應得到復合氧化物，從中篩選含鎳、鈷、鋁三種元素的摩爾比例為8:1.5:0.5的復合氧化物，加入鋰源，進一步置于高溫條件下進行燃燒乃至爆燃反應，得到NCA電池材料；本發明方法利用燃燒乃至爆燃反應，使得加入的硝酸鹽分解，并在分解過程中，與添加的金屬粉融合，最終制得鋰、鎳、鈷、鋁摩爾比例為10:8:1.5:0.5的NCA電池材料，粒徑為10?100nm，適合作為鋰電池正極材料。本發明所述燃燒乃至爆燃合成法，高效節能，工藝簡單，生產效率高，可實現規模化生產。

技術領域

本發明屬于電池材料技術領域，具體涉及一種燃燒乃至爆燃合成NCA電池材料的方法。

背景技術

電池占到新能源汽車整車成本的近一半，可謂得動力電池，得新能源汽車天下。在電池的四大主材(正極材料、負極材料、電解液和隔膜)中，正極材料不但占到成本的40％，而且直接決定著電芯的能量密度。按正極材料技術路線，動力電池可主要分為磷酸鐵鋰、三元(NCA/NCM)和錳酸鋰電池這三類。所謂三元材料主要以NCM和NCA為主，其中NCM材料可分為NCM111、NCM523、NCM622、NCM811等。目前國內主要采取NCM材料，以NCM523為主，2016年其在三元材料分型號產量中占比76％，NCM111和NCM622占比分別為13％和10％。

隨著鎳元素含量的升高，三元正極材料的比容量逐漸升高，電芯的能量密度也會隨之提高。在新能源汽車續航里程提高和鈷價不斷高漲的雙重刺激之下，高鎳體系的NCM811和NCA材料已經成為市場競逐的熱點。由于NCA材料的技術壁壘高，我國的產量較少，目前的主要供貨商有住友金屬、日本化學產業株式會社和戶田化學。放眼國內電池企業，無論是一線的寧德時代、比亞迪、力神、國軒高科等廠家，還是專業做圓柱型電池的比克、沃爾瑪、天鵬能源和鵬輝能源等廠家，目前都沒有批量生產NCA電池。中國是全球最大的新能源汽車市場，中國已經連續兩年實現NCA三元電池裝車的零突破。在2016年實現零的突破之后，2017年286.5MWh的裝車量是2016年87MWh的三倍多，再上一個新臺階。

NCA材料中以Al代替錳，實際是將鎳鈷錳酸鋰通過離子摻雜和表面包覆進行改性，離子摻雜可以增強材料的穩定性，提高材料的循環性能。但是在制作過程中，由于Al為兩性金屬，不易沉淀，因此NCA材料制作工藝上存在門檻。因此，NCA電池正極材料已成為近幾年的研究熱點。

發明內容

為了解決現有技術存在的上述問題，本發明提供了一種高效節能、工藝簡單的燃燒乃至爆燃合成NCA電池材料的方法。所述制備方法合成的NCA電池材料的粒徑為10-100nm，鎳、鈷、鋁三種元素的摩爾比例為8:1.5:0.5。

本發明所采用的技術方案為：

一種燃燒乃至爆燃合成NCA電池材料的方法，包括如下步驟：

(1)分別取鎳源、鈷源和鋁源，充分混合均勻，得到第一混合物料；

(2)將所述第一混合物料置于高溫條件下進行燃燒乃至爆燃反應，即得復合氧化物；

(3)向所述復合氧化物中加入鋰源，充分混合均勻，得到第二混合物料；

(4)將所述第二混合物料置于高溫條件下進行燃燒乃至爆燃反應，即得所述NCA電池材料。

步驟(1)中，所述鎳源為硝酸鎳和/或鎳粉，所述鈷源為硝酸鈷和/或鈷粉，所述鋁源為硝酸鋁和/或鋁粉。

步驟(1)中，所述鎳源、鈷源和鋁源的質量比為0.744-0.800:0.150-0.163:0.050-0.063。

步驟(2)中，還向所述第一混合物料中添加燃速調節劑。

所述燃速調節劑的添加質量占所述第一混合物料質量的3％-8％。