[发明专利]一种球形表面密实镍钴铝三元材料、其前驱体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种球形表面密实镍钴铝三元材料、其前驱体及其制备方法和应用。本发明的镍钴铝三元材料前驱体的制备方法包括步骤如下：将镍源、钴源、铝源化合物溶解在去离子水中配制成溶液；然后将配制好的溶液与络合剂混合后与沉淀剂、添加剂并流进入反应釜中进行反应；然后将所得到镍钴铝三元材料前驱体料浆进行后处理，得到球形、表面密实的镍钴铝三元材料前驱体Ni_0.8Co_0.15Al_0.05(OH)₂。本发明制备所得镍钴铝三元材料前驱体为一种单一的物质(非多种物质的混合)、产品结晶度好、产品形貌为规则球形或类球形并且球体表面密实，可用于制备性能更佳地锂离子电池正极材料—镍钴铝酸锂。

技术领域

本发明属于锂离子电池制备技术领域，尤其涉及一种在液相体系下金属离子共沉淀工艺制备球形、密实镍钴铝三元材料前驱体的方法、通过该方法制备得到的高密实镍钴铝酸锂、以该镍钴铝酸锂为主体的正极材料及包含有该正极材料的二次电池。

背景技术

锂离子电池因具有容量大、倍率性能高、安全性好以及价格低廉等优点而得到广泛应用。Li[Ni_1-xM_x]O₂(M＝Co，Mn，Al等)高镍材料由于具有高达200mAh/g的比容量，成为一种最具前途的锂电池正极材料。其中LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂由于Co和Al的加入，增强了结构的稳定性，表现出更优异的电化学性能。但是，为了提高材料的振实密度，进而提升材料的体积能量密度，现有技术中LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂材料大部分被做成了大直径球形颗粒。

对于三元材料镍钴铝的研究，无论是国外还是国内围绕的重点大多在于提高其压实密度和循环倍率上。以Tesla公司为例，其在第二款量产车型Model-S上采用NCA为正极材料制备的圆柱18650型锂离子电池，早期的Model-S采用2.9AH的18650电池，后期改进为3.1AH的电池，而同期国内主流的新能源汽车三元18650电池为2.2-2.6AH。Model 3采用镍钴铝20700电池，电池在直径和高度上均有较大的突破，单体能量密度可达343Wh/Kg，电芯容量可达6.2AH，相对于以前的18650电池3.1AH的容量，整整提高了一倍。随着Tesla公司的成功案例，国内的电池材料厂商也开始纷纷进行NCA材料的研发和生产工作。CGII调研显示，国内从事NCA材料业务的企业(不含研究机构)超过15家，但是由于起步较晚，相对于NCA材料的市场需求而言，仍存在较大的不足。

在新能源汽车续航里程要求不断提升的形势下，对动力电池能量密度有决定性影响的正极材料正在往高镍方向发展，而已被松下成功规模应用的NCA材料是目前最可行的技术方案，甚至有可能占据未来新能源乘用车动力电池市场主导地位。NCA材料克容量高，类似于NCM811型三元，压实密度接近NCM 532型三元，并且其综合了LiNiO₂和LiCoO₂的优点，不仅可逆比容量高，同时掺铝元素后增强了材料的结构稳定性和安全性，进而提高了材料的循环性。因此NCA材料已成为目前商业化正极材料中研究最热门的材料之一。