一种镍钴铝三元材料前驱体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种镍钴铝三元材料前驱体及其制备方法，包括步骤如下：按摩尔比Ni/Co/Al为80:15:5称取镍源、钴源、铝源化合物，用去离子水配制成混合溶液；将混合溶液与配制好的沉淀剂、络合剂溶液并流进入反应釜中，在25～85℃下搅拌，pH值控制在8～12，pH值稳定后，继续反应2～24h；料浆自然冷却，水洗、过滤、干燥，得到镍钴铝三元材料前驱体Ni0.8Co0.15Al0.05(OH)2，该前驱体为单一的物质、产品结晶度较好、颗粒形貌呈不规则型的物质；可用于制备性能更佳的锂离子电池正极材料—镍钴铝酸锂。

【技术实现步骤摘要】
一种镍钴铝三元材料前驱体及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池制备
，尤其涉及一种在液相体系下金属离子与非金属材料共沉淀工艺制备镍钴铝三元材料前驱体的方法、采用该镍钴铝制备的镍钴铝酸锂、以该镍钴铝酸锂为主体的正极材料以及包含有该正极材料的二次电池。
技术介绍
随着新能源电动汽车等工业的迅猛发展，加快了锂电池行业的发展。其中最引人注目的要数特斯拉纯电动汽车，特斯拉第二款量产车型Model-S使用的是松下定制的三元材料电池，即镍钴铝三元材料电池。据调研发现，进入2014年以来，国内锂电池正极材料产业整体出现了向三元材料转移的趋势，下游的电池厂基本都在开发三元材料的电芯，也引导着上游的材料企业开始加大对三元材料的开发和生产力度。镍钴锰酸锂等三元材料作为动力电池正极材料在性价比、容量、大倍率特性等特点，将以强劲的市场竞争力正逐步成为锂离子电池正极材料的优胜者，并替代目前市场上主要其它电池正极材料。分析认为，随着三元材料在动力领域安全性逐步成熟，以及消费市场对于续航里程的需求提升，国内车企或将掀起一轮由磷酸铁锂转向三元路线的变道风潮。在此背景之下，三元材料市场有望迎来较大的市场需求。近年来，由于便携式设备、电动汽车以及混合动力汽车的发展，可充电电池的需求量越来越大。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[Ni1-xMx]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(KOSTECKIR,MCLARNONF.Local-probestudiesofdegradationofcompositeLiNi0.8Co0.15Al0.05O2cathodesinhigh-powerlithium-ioncells[J].ElectrochemSolid-StateLett,2004,7(10):A380-A383.)。其中LiNi0.8Co0.15Al0.05O2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(WEAVINGJS,COOWARF,TEAGLEDA,etal.DevelopmentofhighenergydensityLi-ionbatteriesbasedonLiNi1-x-yCoxAlyO2[J].JPowerSources,2001,97/98:733-735.)。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，材料大部分被做成了大直径球形颗粒(陈勃涛.SynthesisofLiNi0.8Co0.15Al0.05O2cathodematerialbysphericalCo/Al-substitutedα-Ni(OH)2astheprecursoranditselectro-chemicalperformance[J].无机化学学报,2010,26(2):190-196.)。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都是提高压实密度，提高循环倍率上。随着技术研究上的突破，三元材料逐渐引起更多生产厂家的重视。2015年12家正极材料(含三元前驱体)企业销售收入为73.1亿元，产量为63949吨，销量为59462吨，出口额为19.39亿元，出口正极材料12964吨，出口三元前驱体5261吨。其中，9家钴酸锂企业产量为36843吨，前六大生产企业为瑞翔、杉杉、巴莫、当升、盟固利、金瑞。5家锰酸锂企业产量为10812吨，前4大企业为乾运、杉杉、瑞翔、强能。7家三元材料企业产量为10228吨，前6大企业为厦门钨业、金和、科隆、天骄、杉杉、瑞翔。3家前驱体企业产量为7421吨，分别为金和、科隆和金瑞。全球范围来看，锂电池企业主要集中在日本、中国和韩国，相应的锂电池正极材料的生产也主要集中在以上国家。国内锂电正极材料行业集中度较高，已经形成了以京津地区、长江中下游地区和华南地区三大锂电正极材料产业基地。由下图可以看出镍钴铝三元材料的出货量正处于逐年倍数增长的趋势。目前全球较大的三元材料厂商还主要集中在中日韩三国，合计占约50％的市场份额。日本以其独特的专业技术积累把控市场，而韩国企业近些年迅速崛起，无论在技术还是产品品质方面都极具竞争力。中国企业进入时间不长，由特斯拉带动的金瑞科技是国内第一家NCA材料供应商，而后其他企业纷纷涉足三元。目前国内三元材料的供应集中度正在不断提高。镍钴铝(NCA)三元电池材料是制作动力锂电池的新型材料之一，由于其在资源占用、性价比、安全性等方面的优势，已经被视为未来动力锂电池的新一代正极活性物质，市场前景广阔。本项目生产镍钴铝三元动力电池材料前驱体材料产品，进一步提高镍钴铝三元材料的电性能指标，这既符合国家产业政策，也是市场发展的需要。有上述情况可以看出，我国锂电池企业均在积极的涉足于三元材料产业，瓜分三元材料这份未来将产生巨大利益空间的大蛋糕。掌握了三元材料关键技术，尤其是镍钴铝三元材料这颗冉冉升起的新星，便可在未来锂电池行业中更具竞争力，从而获得更大的利益。
技术实现思路
为了进一步提高镍钴铝三元材料的电性能指标，，本专利技术的目的在于提供一种镍钴铝三元材料前驱体及其制备方法，控制镍、钴、铝三种金属离子在反应体系中的沉淀过程，得到一种单一的物质(非多种物质的混合)、产品结晶度较好、颗粒形貌呈不规则型，可以用于制备性能更佳的镍钴铝酸锂正极材料。为了实现上述目的，本专利技术采用去离子水体系下金属离子与非金属材料共沉淀工艺制备镍钴铝三元材料前驱体，具体技术方案如下：本专利技术提供了一种镍钴铝三元材料前驱体的制备方法，其特征在于，该方法包括步骤如下：1)按摩尔比Ni/Co/Al为80:15:5称取可溶性镍源、钴源、铝源化合物，并将镍源、钴源、铝源化合物溶解用去离子水配制成混合溶液；2)将配制好的步骤1)的溶液与用去离子水配制好的沉淀剂溶液、络合剂溶液并流进入处于搅拌状态下的反应釜中，控制反应体系温度在25～85℃下，优选40～80℃，更优选60～75℃，将反应釜中的pH值控制在8～12，优选10～12，待反应体系pH值稳定后，继续反应2～24h，优选4～16h，更优选8～12h；3)将步骤2)所得的镍钴铝三元材料前驱体料浆自然冷却至室温，经水洗、过滤、干燥，得到镍钴铝三元材料前驱体Ni0.8Co0.15Al0.05(OH)2。进一步的，所述可溶性镍源化合物为硫酸镍、二氯化镍、硝酸镍中的一种或多种。进一步的，所述可溶性钴源化合物为硝酸钴、硫酸钴、草酸钴、二氯化钴中的一种或多种。进一步的，所述可溶性铝源化合物为硝酸铝、硫酸铝、四羟基合铝酸钠、偏铝酸钠中的一种或多种。进一步的，镍源、钴源、铝源用去离子水配制的混合溶液的浓度为0.5～3mol/L，优选1～2mol/L。进一步的，所述沉淀剂为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锌、氢氧化铝中的一种或多种，沉淀剂溶液的浓度为0.5～12mol/L，优选2～6mol/L。进一步的，所述络合剂为氨水、柠檬酸、硫酸铵、氯化铵、硝酸铵中的一种或多种，络合剂溶液的浓度为0.2～6mol/L，优选2～4mol/L。本专利技术还提供了一种如上述任一项的制备方法制得的的镍钴铝三元材料前驱体。本专利技术还提供了一种镍钴铝酸锂，采用上述方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镍钴铝三元材料前驱体的制备方法，其特征在于，该方法包括步骤如下：1)按摩尔比Ni/Co/Al为80:15:5称取可溶性镍源、钴源、铝源化合物，并将镍源、钴源、铝源化合物溶解用去离子水配制成混合溶液；2)将配制好的步骤1)的溶液与用去离子水配制好的沉淀剂溶液、络合剂溶液并流进入处于搅拌状态下的反应釜中，控制反应体系温度在25～85℃下，优选40～80℃，更优选60～75℃，将反应釜中的pH值控制在8～12，优选10～12，待反应体系pH值稳定后，继续反应2～24h，优选4～16h，更优选8～12h；3)将步骤2)所得的镍钴铝三元材料前驱体料浆自然冷却至室温，经水洗、过滤、干燥，得到镍钴铝三元材料前驱体Ni0.8Co0.15Al0.05(OH)2。

【技术特征摘要】
1.一种镍钴铝三元材料前驱体的制备方法，其特征在于，该方法包括步骤如下：1)按摩尔比Ni/Co/Al为80:15:5称取可溶性镍源、钴源、铝源化合物，并将镍源、钴源、铝源化合物溶解用去离子水配制成混合溶液；2)将配制好的步骤1)的溶液与用去离子水配制好的沉淀剂溶液、络合剂溶液并流进入处于搅拌状态下的反应釜中，控制反应体系温度在25～85℃下，优选40～80℃，更优选60～75℃，将反应釜中的pH值控制在8～12，优选10～12，待反应体系pH值稳定后，继续反应2～24h，优选4～16h，更优选8～12h；3)将步骤2)所得的镍钴铝三元材料前驱体料浆自然冷却至室温，经水洗、过滤、干燥，得到镍钴铝三元材料前驱体Ni0.8Co0.15Al0.05(OH)2。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，可溶性镍源化合物为硫酸镍、二氯化镍、硝酸镍中的一种或多种；可溶性钴源化合物为硝酸钴、硫酸钴、草酸钴、二氯化钴中的一种或多种；可溶性铝源化合物为硝酸铝、硫酸铝、四羟基合铝酸钠、偏铝酸钠中的一种或多种；镍源、钴源、铝源用去离子水配制的混合溶液的浓度为0...

【专利技术属性】
技术研发人员：程露露，裴晓东，骆艳华，钱有军，佘世杰，刘晨，王凡，陈静，
申请(专利权)人：中钢集团安徽天源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34