[发明专利]一种纳米镍钴铝酸锂正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料学领域，涉及一种锂离子电池，具体来说是一种纳米镍钴铝酸锂（LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂）正极材料的制备方法。

背景技术

在动力电池领域，随着新能源汽车对续航里程的要求不断提升，迫切需要一种高容量密度、高能量密度的正极材料，而镍钴铝酸锂正极材料以其容量高（180mAh/g以上）、循环稳定性好、低毒等特性成为一种十分具有潜力的动力电池正极材料。

目前工业生产中，镍钴铝酸锂主要采用前驱体法制备。一般使用可溶性的硫酸盐或硝酸盐络合共沉淀制出镍钴铝氢氧化物前驱体，然后混合碳酸锂或氢氧化锂高温煅烧获得镍钴铝酸锂。

该工艺流程中，前驱体制备过程中需要严格控制原料浓度、PH值等条件，生产时控制困难，而且会产生大量的硫酸盐、硝酸盐废水。

同时，在合成镍钴铝酸锂的过程中，前驱体混合锂源煅烧时二价镍离子难以全部氧化成三价镍离子，而二价镍的存在会造成锂镍阳离子混排，一般前驱体法生产获得的材料，锂镍阳离子混排可达到5%左右。由于离子半径r(Ni³⁺)<r(Ni²⁺)<r(Li⁺)，脱锂时二价镍离子被氧化成半径更小的三价镍离子，造成微小的层间结构坍缩，这就造成嵌锂时锂离子再难通过坍缩的位置，使材料的锂离子扩散系数减小，造成材料出现不可逆容量损失和倍率性能不佳。因此在合成镍钴铝酸锂时减少阳离子混排尤为重要。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种纳米镍钴铝酸锂正极材料的制备方法，所述的这种纳米镍钴铝酸锂正极材料的制备方法要解决现有技术合成镍钴铝酸锂的过程中，二价镍的存在会造成锂镍阳离子混排，使材料的锂离子扩散系数减小，造成材料出现不可逆容量损失和倍率性能不佳的技术问题。

本发明提供了一种纳米镍钴铝酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按照质量比称取NiO、CoO、Al₂O₃、Li₂CO₃和去离子水，所述的NiO、CoO、Al₂O₃、Li₂CO₃和去离子水的质量比为120.7:22.5:5.1:74.67-78.4：500，将NiO、CoO、Al₂O₃、Li₂CO₃和去离子水混合，形成浆料。

2)将上述浆料加入砂磨机中，控制转数2000r/min，研磨时间1-5h，得到粒径在220-260nm的浆料。

3)将上述浆料进行喷雾干燥，得到粒径3-6um的球形镍钴铝酸锂前驱体。

4)将上述前驱体粉末施以2-6MPa的压力进行压块，然后，在管式炉中，控制氧气流速100ml/min，升温至500℃煅烧2h，然后升温至700-800℃煅烧12h，即可得到纳米镍钴铝酸锂正极材料。

进一步的，步骤（1）中NiO、CoO、Al₂O₃、Li₂CO₃配料按质量份数120.7:22.5:5.1:74.67。

进一步的，步骤（1）中NiO、CoO、Al₂O₃、Li₂CO₃配料按质量份数120.7:22.5:5.1:78.4。

进一步的，步骤（2）中研磨时间控制在5h。

进一步的，步骤（4）中，煅烧温度为700℃，煅烧时间为12h。

进一步的，步骤（4）中，煅烧温度为800℃，煅烧时间为12h。

本发明将NiO、CoO、Al₂O₃、Li₂CO₃依次加入去离子水中混合，然后将混合物料加入砂磨机中研磨，得到悬浮物粒径在220-260nm之间的浆料。随后将浆料喷雾干燥，获得二次粒径在3-6um的镍钴铝酸锂前驱体粉料。将前驱体粉料压制成块后，放入通有氧气的管式炉中，700-800℃煅烧12h，取出后破碎成合适颗粒大小，即可得到纳米镍钴铝酸锂正极材料。