[发明专利]基于铝元素浓度梯度分布的氢氧化镍钴铝前驱体制备方法

权利要求书

1.一种基于铝元素浓度梯度分布的镍钴铝氧锂离子电池正极材料，是具有球形结构的，从球心到球壳处铝元素浓度逐渐增大的锂离子电池正极材料，是将基于铝元素浓度梯度分布的氢氧化镍钴铝前驱体与适量碳酸锂混合均匀并置于氧气氛围中在适当的温度下煅烧得到，其表达式为LiNi_1-x-yCo_yAl_xO_2+x，式中0＜x≤0.1，0.1≤y≤0.2，其中，基于铝元素浓度梯度分布的氢氧化镍钴铝前驱体，是以偏铝酸钠作为铝源，通过共沉淀法制备的，具有球形结构的，从球心到球壳处铝元素浓度逐渐增大的前驱体材料，其表达式为Ni_1-x-yCo_yAl_x(OH)_2+x，式中0＜x≤0.1，0.1≤y≤0.2。

2.根据权利要求1所述的基于铝元素浓度梯度分布的氢氧化镍钴铝前驱体的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

a)将镍盐和钴盐溶于去离子水中，按照混合金属盐水溶液中镍与钴的摩尔比为3.5-8配制成金属离子总浓度为0.2-2mol/L的混合金属盐溶液A；

b)将氢氧化钠溶于去离子水中，配制成浓度为1-10mol/L的沉淀剂溶液，取浓度为0.1-1mol/L的氨水作为络合剂，将沉淀剂和络合剂按体积比为2-4的比例配制成含有络合剂和沉淀剂的混合溶液B；

c)将偏铝酸钠和少量氢氧化钠溶于去离子水中配制成混合水溶液C，其体积为混合金属盐溶液A体积的0.1-0.9，其中Al元素的浓度与所述镍盐和钴盐的混合金属盐溶液A的浓度有关，其浓度为混合金属盐溶液A浓度的0.01-1；所述含偏铝酸钠和氢氧化钠的混合水溶液中氢氧化钠是为了抑制偏铝酸钠的水解，其含量少许即可；

d)准备适量去离子水D，其体积与所述含偏铝酸钠和少量氢氧化钠的混合水溶液C的体积有关，二者体积之和(C+D)与所述镍盐和钴盐的混合金属盐溶液A体积相当；

e)在反应釜中预先加入适量含有络合剂的底液，底液的pH为10-12；

f)将所述镍钴混合盐溶液A、所述含有络合剂和沉淀剂的混合水溶液B、所述偏铝酸钠和氢氧化钠的混合水溶液C加入搅拌速率为200-800r/min的所述反应釜中，通过控制反应体系的pH、温度、搅拌速率以及进料速率等条件来制备所述前驱体，其中所述镍盐和钴盐的混合金属盐溶液A以100-1000ml/h恒定速率加入所述反应釜中，所述含有络合剂和沉淀剂的混合水溶液B通过反应釜自动控制系统加入所述反应釜中以调节反应体系的pH，使得pH值控制在11-12之间；所述偏铝酸钠和氢氧化钠的混合水溶液C通过以下方式加入所述反应釜中：将所述偏铝酸钠和氢氧化钠的混合水溶液C以10ml/h-100ml/h的速率加入固定体积的所述适量去离子水D中，确保其加入速率小于混合金属盐溶液A的加入速率，并不断搅拌形成混合水溶液C₁，同时将所形成混合水溶液C₁以与A溶液相同的速率加入所述反应釜中，从而使制得的前躯体中铝浓度逐渐增加；

g)反应结束后，保持反应体系的搅拌速率和反应温度将前驱体陈化一段时间，然后从反应釜中将物料接出静置，下层沉淀即为制得的氢氧化镍钴铝前驱体，将前驱体用去离子水反复清洗数次后烘干即可。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述镍盐为硫酸镍、硝酸镍、氯化镍和醋酸镍中的一种或几种。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述钴盐为硫酸钴、硝酸钴、氯化钴和醋酸钴中的一种或几种。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述反应釜内的反应温度为40-80℃。

6.根据权利要求1所述的基于铝元素浓度梯度分布的镍钴铝氧正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)采用如权利要求2-5所述的方法制备的基于铝元素浓度梯度分布的球形氢氧化镍钴铝前驱体；

2)将步骤1)所获得的前驱体过滤，用去离子水洗涤沉淀数次直至滤液pH低于8，并将清洗后的材料烘干，得到干燥前驱体；

3)将步骤2)所获得的干燥前驱体与碳酸锂按物质的量之比M:Li＝1:1.05，M为镍钴铝之和，混合均匀，置于氧气氛围中在700-900℃下煅烧10-30h，冷却至后室温后过筛即可获得所述的基于铝元素浓度梯度分布的镍钴铝氧锂离子电池正极材料LiNi_1-x-yCo_yAl_xO_2+x。