[發明專利]一種三元正極材料NCA前驅體的制備方法

有效

• 申請號: 202011059460.3
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112357974B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 孫宏;左美華;張燕輝;林江;邢王燕
• 申請（專利權）人: 宜賓光原鋰電材料有限公司
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/485;C01G53/00;H01M10/0525
• 代理公司: 成都泰合道知識產權代理有限公司 51231
• 代理人: 呂曉霞

本發明公開了一種三元正極材料NCA前驅體的制備方法，配制原料鎳鈷鹽溶液、鋁鹽溶液、沉淀劑溶液、絡合劑溶液，將得到鎳鈷鹽溶液、鋁鹽溶液、絡合劑溶液和沉淀劑溶液分別加入到反應釜中進行共沉淀反應，得到鎳鈷鋁三元前驅體，將異丙醇鋁溶于乙醇中得到所述的鋁鹽溶液，鋁鹽溶液的濃度為0.15～0.25mol/L。本發明通過將異丙醇鋁溶于乙醇中得到濃度為0.15～0.25mol/L的鋁鹽溶液作為鎳鈷鋁三元前驅體的鋁源，制備得到的鎳鈷鋁三元前驅體大大改善了顆粒的形貌，二次顆粒大小均勻，產品粒度分布窄，粒度分布表征參數Span≤0.85。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池正極材料技術領域，尤其是一種三元正極材料NCA前驅體的制備方法。

背景技術

鋰離子電池因循環性能好、容量高、價格低廉、使用方便、安全和環保等優點而得到廣泛應用。當今，隨著市場對高能量密度等高性能電池需求的不斷增長以及電動汽車的不斷普及，電池正極材料的市場需求已呈現出快速增長態勢。三元正極材料由于能量密度高、成本相對較低、循環性能優異等特點，是目前量產的正極材料中潛力最大最有發展前景的一種材料，因此提高三元前驅體的性能迫在眉睫。為更好發揮三元正極材料優異的性能，其前驅體的制備對三元正極材料的生產至關重要，因為前驅體的品質(形貌、粒徑、粒徑分布、比表面積、雜質含量、振實密度等)直接決定了最后燒結產物的理化指標。三元正極材料前驅體生產主要采用氫氧化物共沉淀工藝，是將原料溶解在去離子水中，按照一定摩爾比進行配料后，以NaOH作為沉淀劑，氨水為絡合劑，生產出高密度球形氫氧化物前驅體。其中鎳鈷鋁酸鋰材料作為目前已商業化應用的正極材料，其比容量極高(180mhA/g以上)，具有循環性能良好、成本低等優點，是一種極具應用前景的鋰離子動力電池正極材料。

目前，鎳鈷鋁酸鋰主要采用鋁無機鹽和鎳鈷無機鹽作為金屬源、無機堿氫氧化鈉或氨水作為沉淀劑通過一步或多步共沉淀法制備。例如，公開號為CN106992285A的中國發明專利申請公開了一種鎳鈷鋁三元前驅體的制備方法，通過將金屬鋁錠用過量的氫氧化鈉溶液溶解制備得到偏鋁酸鈉溶液，將得到的偏鋁酸鈉溶液、鎳鈷金屬鹽水溶液、絡合劑和沉淀劑分別加入到反應釜中進行反應，控制反應釜中反應體系的pH值為11～13并在40℃～80℃下連續反應8～14h，得到鎳鈷鋁氫氧化物的前驅體。但是由于鋁離子基本不和氨絡合，同時氫氧化鋁的濃度積常數為1.9*10^-33遠小于氫氧化鎳和氫氧化鈷，氫氧化鋁很容易單獨形核，促使沉淀粒度寬化、沉淀不均勻，形貌較差。使得三元正極材料NCA材料在燒結過程中工藝無法固定和統一，需要針對不同的生產批次調節不同的燒結工藝，影響了品質穩定性和生產效率。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種三元正極材料NCA前驅體的制備方法，制備出形貌好、粒度分布窄的NCA前驅體。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種三元正極材料NCA前驅體的制備方法，配制原料鎳鈷鹽溶液、鋁鹽溶液、沉淀劑溶液、絡合劑溶液，將得到鎳鈷鹽溶液、鋁鹽溶液、絡合劑溶液和沉淀劑溶液分別加入到反應釜中進行共沉淀反應，得到鎳鈷鋁三元前驅體，將異丙醇鋁溶于乙醇中得到所述的鋁鹽溶液，鋁鹽溶液的濃度為0.15～0.25mol/L。

進一步的，所述鎳鈷鹽溶液為將鎳鹽、鈷鹽加入去離子水中得到，所述鎳鹽、鈷鹽為硫酸鹽、硝酸鹽、鹵素鹽中的至少一種；所述鎳鈷鹽溶液中鎳離子濃度為0.8～1.5mol/L，鎳鈷鹽溶液中鈷離子濃度為0.002～0.2mol/L。

進一步的，所述的沉淀劑溶液為質量濃度為12％～32％的氫氧化鈉溶液，所述的絡合劑溶液為質量濃度為10％～18％的氨水溶液。

進一步的，控制反應釜中反應體系的pH值為11～13、反應溫度為40℃～60℃、氨值為12-16g/L、轉速200～500rpm。

進一步的，所述鎳鈷鹽溶液進料量為200～400L/h、所述鋁鹽溶液的進料量為50～200L/h。