[发明专利]一种一次大颗粒镍钴铝酸锂的制备方法

说明书

本发明涉及一种一次大颗粒镍钴铝酸锂的制备方法，本发明在使用液相法制备出球形镍钴铝前驱体后使用三段法进行焙烧，在第二次焙烧中加入一定量的特定助熔剂混匀后高温焙烧，之后洗去助熔剂进行第三次焙烧，焙烧后的产物即为一次大颗粒镍钴铝酸锂。该种一次大颗粒镍钴铝酸锂材料具有较高的振实密度及压实密度，高温循环及高电压下循环寿命都有较大提高，并且制成软包电池后气胀现象明显减弱。该工艺简单易行，可以进行大规模工业化生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，特别涉及一种高比容量锂离子电池用正极材料及其制备方法。

背景技术

目前锂离子电池已经广泛应用于各种移动式电器，如手机、相机、笔记本电脑等，随着随身设备耗电量不断的增加，各电池配套厂商对体积较小、重量较轻、比容量较高且安全性能较好的锂离子二次电池需求量不断加大。LiNiO₂掺杂Co元素的正极材料同时具有了LiNiO₂材料较高的放电比容量，又稳定了材料的层状结构，同时增强了材料的循环性能，代表性材料可以表示为LiNi_0.8Co_0.2O₂，该组份的正极材料具有相比于同系列材料较好的能量密度。但是这种材料也存在耐过充能力差、热稳定性较差、首次放电不可逆容量较高等缺陷。为解决以上问题，使镍钴材料能尽快应用于商业化领域，国内外学者进行了大量的掺杂试验，以改善材料的电化学性能。其中铝的掺杂可以稳定材料的结构，增加锂离子扩散系数，明显抑制材料的放热反应，因此材料的循环性能和耐过充性能得到明显提高，其代表性组成可以表示为LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂，即NCA材料。

NCA正极材料属于掺铝型镍钴系列正极材料，国内外学者已经进行了长达十余年的研究，但是由于其属于高镍材料，充电状态下易与电解液发生反应产生大量气体，同时其高温循环、高电压下循环及热稳定性都存着一定问题，这制约了NCA材料在锂离子电池正极材料领域的应用。使用助熔剂在较低焙烧温度下将NCA材料一次大颗粒化可以有效解决上述问题，该种一次大颗粒材料有助于提高NCA材料的振实密度及压实密度，比表面积较普通二次颗粒材料小50％以上，提高了材料在高温高压条件下的循环稳定性，同时软包电池的鼓胀明显降低。但是实验发现使用普通助熔剂焙烧后部分助熔剂中的杂质离子大量进入NCA材料晶格内替代了锂位置，同时由于大部分助熔剂使用温度要高于正常NCA材料的制备温度，致使NCA材料的容量损失较大，影响了NCA材料作为高比能量材料的优势发挥。

发明内容

本发明提出的方法是，使用氢氧化锂和氧化锂作为NCA材料焙烧过程中的助熔剂，该种方法在将NCA材料焙烧为一次大颗粒形貌的同时不会引入新的杂质，可以使用较低焙烧温度完成，材料放电比容量性能要明显高于使用其他助熔剂的产品。

为了解决上述技术问题，本发明一种制备镍钴铝酸锂材料的方法，包括以下步骤：

步骤一：镍钴铝前驱体的制备，将镍盐溶液、钴盐溶液、铝盐溶液，混合均匀，得镍钴铝盐溶液中镍钴铝离子摩尔比为：(0.7-0.9)∶(0.05-0.2)∶(0.05-0.2)，将含有1-8M氨水的2-10M的氢氧化钠溶液作为碱溶液与镍钴铝溶液并流加入高速搅拌反应釜中，调节碱溶液流速控制反应釜内pH值在10-13间，至镍钴铝溶液注入完毕后停止注液，将所得料浆进行固液分离，所得固体物料经过洗涤后在烘箱中80-150度下干燥8-24h，得到镍钴铝前驱体。

步骤二：将镍钴铝前驱体与锂源按摩尔比1∶1～1.1混合均匀后放入焙烧炉中在空气气氛下300-500度下焙烧4-20h后降至室温，将焙烧后的材料过200-1000目筛。