[發明專利]一種鋰離子電池正極材料鎳鈷鋁酸鋰的制備方法

有效

• 申請號: 202010018267.9
• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN111180722B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 張鼎;陳良;張育涵;張春祥;徐守冬;段東紅;劉世斌
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

本發明公開了一種鋰離子電池正極材料鎳鈷鋁酸鋰的制備方法，其工藝過程為：將氫氧化鎳、氫氧化鈷加入到飽和的碳酸鈉與鋁酸鈉的混合水溶液中進行均勻研磨，再在干燥環境下轉移到管式爐中，在高溫空氣氣氛下高溫反應，之后加入到有過量鋰鹽的有機溶液中，在水熱反應釜中于120?180℃保持6?48h，之后在600?700℃氧氣氣氛下經一次高溫燒結過程后自然冷卻到室溫,得到內部Li/Ni混排度很小、表面性質穩定的鋰離子電池正極材料LiNi_0.80+xCo_0.15?x?yAl_0.05+yO₂。

技術領域

本發明涉及電化學儲能及二次電池電極材料制備技術領域，具體涉及一種鋰離子電池正極材料鎳鈷鋁酸鋰的制備方法。

背景技術

鋰離子電池作為一種清潔的二次能源，被廣泛應用于消費電子產品、人工智能、電動汽車、無人機等前沿科技領域。正極材料是鋰離子電池的核心材料之一，與電池產品的能量密度、充放電壽命、安全性、成本等方面密切相關。目前商用意義顯著的的正極材料除了較為昂貴的鈷酸鋰外，還有磷酸鐵鋰（LiFePO₄）和三元層狀材料(以LiNi_xMn_yCo_zO₂為主)兩類可望用于規模化儲能的正極材料，其中三元層狀材料能量密度更高，是目前鋰離子電池正極材料的重要發展方向。

在這類層狀材料中，過渡金屬離子層與鋰層交替排列，之間通過氧層間隔開。Ni/Li反位很容易出現在三元層狀材料的結構中，對其性能發揮產生影響，如影響鋰離子的擴散速度、容量發揮和引發結構相變等，也有少數報道指出適量的Ni/Li反位有利于電化學循環過程中的結構穩定。所以如何在材料的制備過程中優化參數，調控Ni/Li反位，成為大家普遍關心和研究的重要課題。

發明內容

本發明針對上述技術問題，旨在提供一種制備工藝簡單高效，綠色環保，循環性能好的鋰離子電池正極材料鎳鈷鋁酸鋰。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種鋰離子電池正極材料鎳鈷鋁酸鋰的制備方法，包括以下步驟：

（1）將氫氧化鎳、氫氧化鈷粉末加入到飽和的碳酸鈉與鋁酸鈉的混合水溶液中進行均勻研磨得到產物一，將所述產物一在干燥環境下轉移到管式爐中，在650-800℃空氣氣氛下高溫反應6-20h得到產物二；

（2）將所述產物二加入到有過量鋰鹽的有機溶液中，在水熱反應釜中于120-180℃保持6-48h得到產物三；

（3）將所述產物三在600-700℃氧氣氣氛下經一次高溫燒結過程后自然冷卻到室溫,得到鋰離子電池正極材料LiNi_0.80+xCo_0.15-x-yAl_0.05+yO₂，0.00≤x≤0.15，0.00≤y≤0.05。

進一步地，步驟（2）中，所述水熱反應釜的填充度限制在70%到80%之間。

進一步地，步驟（2）中，所述鋰鹽為溴化鋰、碘化鋰、乙醇鋰、甲醇鋰、異丙醇鋰中的一種或數種的混合物。

進一步地，步驟（2）中，所述鋰鹽在所述有機溶液中的濃度為4-20mol/L，所述有機溶液中含鋰量與所述產物二中含鈉量的摩爾量比為3:1-10:1。

進一步地，步驟（2）中，所述有過量鋰鹽的有機溶液中有機溶劑為正己醇。

進一步地，步驟（3）中，將所述產物三在600-700℃氧氣氣氛下經一次高溫燒結過程后自然冷卻到室溫,具體為將所述產物三在600-700℃氧氣氣氛下高溫燒結6-20h后自然冷卻到室溫。

進一步地，步驟（3）中，x等于0.05或0.10，y等于0或0.02。