[发明专利]一种复合锂离子电池正极材料NCA的制备方法

说明书

本发明公开了一种复合锂离子电池正极材料NCA的制备方法，包括以下步骤：称取适量摩尔比的镍盐、钴盐和铝盐配制成金属盐溶液，将配置的金属盐溶液、沉淀剂和一定质量的碳纳米管分散液分别通过恒流泵并流到反应釜中，控制釜中混合液的PH值，充分反应后静止陈化；将陈化后的溶液进行固液分离、洗涤干燥得到NCA前驱体；将所得前驱体与适量的锂盐、Ni₃(PO₄)₂混合均匀，喷雾干燥混合液，所得粉末在空气条件下烧结一段时间后经破碎、分级、除磁后得到所需的NCA三元正极材料。本发明在共沉淀法制备前驱体的过程中，通过加入碳纳米管，利用焙烧后留下的孔道结构来缩短锂离子的迁移路径，同时残留的碳纳米管在颗粒内部构成导电网络，从而提升了材料的倍率性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及一种复合锂离子电池正极材料NCA的制备方法。

背景技术

近年来，随着科学技术的不断进步，用于民用、军用领域电源系统的不断升级换代，人们对于锂离子电池也提出了更高的要求。特别是大容量、高比能量、长寿命锂离子电池的需求非常迫切，同时，对产品使用环境的要求也越来越苛刻。

目前常用的锂离子正极材料有LiCoO₂，LiNiO₂，LiMn₂O₄，LiFePO₄等，目前这几种虽然获得了一定的应用，但LiCoO₂，LiNiO₂，LiMn₂O₄其普遍存在比容量低、循环性能差及热稳定性差等特点，LiFePO₄导电性差,充放电平台较低。为了弥补上述正极材料的缺陷，通过向其中掺杂锰和铝开发出了三元材料镍钴锰和镍钴铝，其可以有效的提升正极材料的循环性能和电化学性能，高镍系LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂(NCA)材料具有较高的理论比容量(278mAh/g)，可以更好地满足高能量密度等要求。但是NCA也有比较严重的缺点：存贮性能较差，由于NCA材料本身的PH值较高，在存贮过程中易与空气中的CO₂和水反应，在室温条件下，就有可能会有Li脱嵌在材料表面形成锂盐，导致材料性能恶化；另外材料还存在循环稳定性差、倍率性能不佳和耐高温性能差等问题，此外与电解液相容性较差，在高温条件下会被HF等腐蚀，破坏界面结构，导致Ni、Co、Al在电解液中的溶解，上述缺点导致了NCA在大规模储能应用和电动汽车中的进一步应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合锂离子电池正极材料NCA的制备方法，该方法在共沉淀法制备前驱体的过程中，通过加入碳纳米管，利用焙烧后留下的孔道结构来缩短锂离子的迁移路径，同时残留的碳纳米管在颗粒内部构成导电网络，从而大大提升了材料的倍率性能，通过这一手段，很好地解决了球形材料倍率性能差的问题，为高容量和高倍率的统一打下了良好的基础，也为高容量的三元材料应用于动力电池领域提供了一种解决方案。

本发明的Ni₃(PO₄)₂包覆层能够有效抑制与电解液接触的正极材料表面脱落现象，防止形成大颗粒结构，保护正极材料不被电解液腐蚀，这些因素都使包覆后的NCA材料具有更佳的循环性能；另外包覆层可有效阻隔NCA材料表面与空气直接接触，消除或缓解材料表面杂质相的生成，提高其存贮性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种复合锂离子电池正极材料NCA的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取适量摩尔比的镍盐、钴盐和铝盐配制成金属盐溶液，将配置的金属盐溶液、沉淀剂和一定质量的质量分数为8％的碳纳米管分散液分别通过恒流泵并流到反应釜中，控制釜中混合液的PH值，充分反应后静止陈化；将陈化后的溶液进行固液分离、洗涤干燥得到NCA前驱体；