[發明專利]一種單晶鎳鈷鋁酸鋰正極材料的制備及摻雜改性方法

在審

• 申請號: 202010438705.7
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111646520A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 崔孝玲;周心安;李世友;李春雷;梁文彪;王超;傅小蘭;東紅;王博
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/485;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責任公司 62102
• 代理人: 董斌

1.一種單晶鎳鈷鋁酸鋰材料制備及摻雜改性的方法，其特征在于，單晶型LiNi_xCo_yAl_1-x-yF_zO_2-z正極材料，式中0.7x0.9，0.1y0.2，0.05z0.15，具體包括如下步驟：

步驟（1）將鎳和鈷的硫酸鹽按Ni:Co化學計量比=x:y配置成硫酸鹽溶液，偏鋁酸鈉按Co:Al化學計量比=y:1-x-y配置成含氨水的偏鋁酸鈉溶液，0.5 mol/L氨水溶液作為反應釜底液；

步驟（2）開啟攪拌調節轉速300-600 rpm，當反應釜溫度達到50-60 ℃時，在N₂氣氛下將硫酸鹽溶液和偏鋁酸鈉溶液經計量泵注入含有氨水作為底液的反應釜內；與此同時，將10mol/L NaOH溶液加入反應釜內，控制釜內pH=10-11.5；進料結束后，在保持N₂氣氛和攪拌狀態下陳化10-20 h；

步驟（3）反應結束后的釜液經靜置分層得到Ni_xCo_yAl_1-x-y(OH)₂前驅體，前驅體用去離子水進行過濾、洗滌；濾餅在真空干燥箱中，110 ℃干燥12 h；

步驟（4）Ni_xCo_yAl_1-x-y(OH)₂前驅體放入管式爐中，在氧氣氣氛下進行預燒，500-600 ℃保溫6-10 h；

步驟（5）預燒得到的樣品與LiOH·H₂O和助熔劑球磨4 h，使材料混合均勻；混合后，在氧氣氣氛下于管式爐中進行一段煅燒；

步驟（6）煅燒得到的樣品與氟源混合球磨后，在氧氣氣氛中于管式爐中進行二段煅燒，對單晶材料進行摻雜改性；

步驟（7）待冷卻到室溫后，經球磨，水洗脫除材料中的助熔劑及過量的LiOH·H₂O；之后需在管式爐中，于氧氣氣氛下400-600 ℃保溫3-6 h，脫除材料中的水分；最后，經球磨，過篩得到摻雜改性的單晶NCA三元正極材料。

2.根據權利要求1所述的單晶鎳鈷鋁酸鋰正極材料的制備及摻雜改性方法，其特征在于，步驟（1）中鋁源選擇用偏鋁酸鈉，偏鋁酸鈉和氨水配置成混合溶液；硫酸鎳和硫酸鈷配置成硫酸鹽溶液。

3.根據權利要求1所述的單晶鎳鈷鋁酸鋰正極材料的制備及摻雜改性方法，其特征在于，步驟（5）預燒后材料中過渡金屬元素與LiOH·H₂O摩爾比=1:1.1-1.2，助熔劑為KCl、NaCl和Li₂SO₄中的其中一種，助熔劑與預燒后材料質量比=0.10-0.40，一段煅燒溫度700-900 ℃，保溫時間8-18 h。

4.根據權利要求1所述的單晶鎳鈷鋁酸鋰正極材料的制備及摻雜改性方法，其特征在于，步驟（6）中氟源為LiF和NH₄·HF₂中的其中一種，一段煅燒得到的樣品中過渡金屬元素與F元素摩爾比=1:0.05-0.15，二段煅燒溫度850-950 ℃，保溫時間10-20 h。