一种镍钴铝三元正极材料的制备方法及其应用技术

技术编号:19010786 阅读:342 留言:0更新日期:2018-09-22 10:24
本发明专利技术提供一种镍钴铝三元正极材料的制备方法及其应用,其中制备方法具体是在镍盐、钴盐的混合溶液中加入沉淀剂、络合剂共沉淀反应得到镍钴前驱体β‑Ni0.85Co0.15(OH)2,之后将镍钴前驱体与铝源和锂源混合均匀后高温焙烧反应得到LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料;所述铝源为异丙醇铝。本发明专利技术还提供上述制备方法在制备电池中的应用,具体是将通过上述方法制得的镍钴铝三元正极材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2制成电池。通过这种方法制备出的镍钴铝三元正极材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2中各元素分布均匀、振实密度高,且化学性能更好;其制得的电池的电学性能有较明显地提升。

【技术实现步骤摘要】
一种镍钴铝三元正极材料的制备方法及其应用
本专利技术涉及锂离子电池正极材料制备
,具体涉及一种镍钴铝三元正极材料的制备方法及其应用,尤其涉及一种镍钴铝三元正极材料LiNi0.80Co1.5Al0.05O2的制备方法及其应用,
技术介绍
在高镍系三元正极材料LiNi0.8-x-yCoxAlyO2中,LiNi0.8Co0.15Al0.05O2以其高的实际放电比容量和较低的成本,引起了广大科研工作者的高度重视。共沉淀法因为操作简单,可实现不同元素之间原子水平的均匀混合、能够控制前驱体的形貌和粒度、合成温度低、重复性和批次稳定性好,因此,在工业生产中,大多使用共沉淀法合成锂离子电池正极材料的前驱体。但是,在应用共沉淀法合成Ni0.80Co0.15Al0.05(OH)2过程中,由于氢氧化铝的溶度积(Ksp)远小于氢氧化镍和氢氧化钴的溶度积,盐溶液中Al3+与NaOH直接反应后生成氢氧化铝溶胶,而Ni2+与Co2+先与氨水生成氨络合物,随后才与NaOH反应生成氢氧化镍和氢氧化钴沉淀。优先生成的Al(OH)3溶胶会形成大量的核,进而抑制连续成核和小晶粒的继续长大。溶液中由于大量晶核的存在使得颗粒的结晶度低,团聚现象严重,导致难获得具有较高振实密度的球形Ni0.80Co0.15Al0.05(OH)2前驱体。而且,在共沉淀过程中,由于Al是两性元素,在强碱溶液中会生成偏铝酸根离子,发生化学反应:Al(OH)3+OH-→AlO2-+2H2O。又因为生成的偏铝酸钠溶于水,导致前驱体氢氧化物里铝元素含量楄低,生成的前驱体不符合化学计量比,影响材料的电化学性能。以下是已经公开的几种关于镍钴铝三元正极材料的制备方法的相关报道:对比文件1:CN107895792A公开一种镍钴铝三元前驱体的制备方法,将硝酸镍、硝酸钴、硝酸铝溶于去离子水中配制成水溶液,将所述水溶液进行超声分散5min,然后加入异丙醇并在室温下搅拌1h,制备得到混合金属盐溶液,向所述混合金属盐溶液中加入低碳醇溶剂并在室温下搅拌1h,制备得到混合反应液;将所述混合反应液加入到反应釜中进行反应,在120~140℃下连续反应6~12h,然后冷却至室温,离心分离得到沉淀物,经洗涤后在80℃下真空干燥24h,得到镍钴铝三元前驱体。本专利技术还提供一种镍钴铝三元正极材料的制备方法,采用上述方法制备镍钴铝三元前驱体,将前驱体与无机锂源研磨混合均匀,置于管式电阻炉中在氧气的气氛下煅烧,冷却后经过破碎和筛分得到镍钴铝三元正极材料。对比文件2:CN107195872A公开一种锂离子电池三元正极材料NCA的制备方法。包括以下几个步骤:步骤(1):三元正极材料NCA前驱体的制备:以电解镍、电解钴和电解铝为原材料,熔炼制备高纯镍钴铝合金熔体,高纯镍钴铝合金除杂,将除杂后的高纯镍钴铝合金通过水雾化法制成球形合金粉;将所得球形合金粉体预氧化和氧化得到氧化镍钴铝前躯体;步骤(2):三元正极材料NCA的制备:将氧化镍钴铝前躯体同锂源混合,在氧气气氛条件下烧结,烧结后的材料经破碎、分级、除磁后得到NCA三元正极材料。对比文件3:CN106299347A公开一种镍钴铝三元前驱体及其制备方法和制备的正极材料及方法,将Ni、Co的可溶性盐溶解于氨水中,形成Ni、Co的氨配合离子溶液作为络合剂溶液,在铝盐溶液中加入络合剂形成Al的配合离子溶液作为铝源溶液,将Ni、Co可溶性盐溶液、沉淀剂溶液以及络合剂溶液和铝源溶液并流加入反应釜中,控制反应pH值和反应温度,反应时间至少10h以上,对反应得到的浆料进行固液分离,得到的固体物经过洗涤、烘干得到镍钴铝氢氧化物前驱体。前驱体与锂盐的混合物在空气或氧气气氛下经过高温热处理得到镍钴铝三元正极材料。以上报道中公开的技术方案中,对比文件1、2均是以镍、钴、铝源三者一次性共反应,先制备得到镍钴铝三元正极材料前驱体,然后将前驱体与锂源高温反应制得镍钴铝三元正极材料,其都会导致难获得具有较高振实密度的球形Ni0.80Co0.15Al0.05(OH)2前驱体。而对比文件3公开的技术方案是通过将Ni、Co的氨配合离子溶液作为络合剂溶液,在铝盐溶液中加入络合剂形成Al的配合离子溶液作为铝源溶液,然后共反应生成镍钴铝氢氧化物前驱体。本专利技术拟提供一种以异丙醇铝为铝源,在共沉淀反应中先合成易制备的较高振实密度的Ni、Co(NC)的前驱体,随后再混合铝源和锂源进行高温焙烧,制备出各元素分布均匀的、振实密度高的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料的方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种镍钴铝三元正极材料的制备方法及应用,尤其是针对镍钴铝三元正极材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的制备方法及其应用,该方法能制备出各元素分布均匀的、振实密度高的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料。为了解决上述技术问题,本专利技术采用以下技术方案:提供一种镍钴铝三元正极材料的制备方法,具体是在镍盐、钴盐的混合溶液中加入沉淀剂、络合剂共沉淀反应得到镍钴前驱体β-Ni0.85Co0.15(OH)2,之后将镍钴前驱体与以异丙醇铝作为铝源和锂源混合均匀后高温焙烧反应得到镍钴铝三元正极材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2;所述铝源为异丙醇铝(C9H21AlO3)。进一步地,上述镍钴铝三元正极材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的制备方法具体包括如下步骤:S1、前驱体β-Ni0.85Co0.15(OH)2的制备按比例称取Ni、Co盐作为原料,并配制成1~3mol·L-1的Ni、Co盐混合溶液,以两倍于盐混合溶液的物质的量比的NaOH(2~6mol·L-1)为沉淀剂,1~3mol·L-1NH3·H2O为络合剂,制备出前驱体产物β-Ni0.85Co0.15(OH)2;Ni、Co盐中Ni、Co的物质的量比为:nNi:nCo=75:25~85:15;S2、镍钴铝三元正极材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的制备将步骤S1制备得到的前驱体材料β-Ni0.85Co0.15(OH)2与锂源和铝源异丙醇铝(C9H21AlO3)按一定比例充分混合均匀后放入到管式炉中,在氧气气氛升温到450~550℃,保温2~5h后,继续升温到750℃~850℃后焙烧12~20h,即得;上述锂源:铝源的物质的量比的为1:0.05~0.1。进一步地,步骤S1中,Ni、Co盐具体为硫酸盐(NiSO4·6H2O和CoSO4·7H2O)或硝酸盐(Ni(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·7H2O)。进一步地,步骤S1中,沉淀剂选用尿素或过氧化氢。进一步地,步骤S1中,络合剂选用EDTA。进一步地,步骤S2中,锂源为LiOH·H2O或Li2CO3。本专利技术还提供上述镍钴铝三元正极材料的制备方法在电池制备中的应用。进一步地,所述应用具体是一种扣式电池的制备方法,具体包括如下步骤:A1、以N-甲基呲咯烷酮为溶剂,将上述制备方法制得的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料与聚偏氟乙烯和导电炭黑按照物质的量比为8:1:1称重后加入N-甲基呲咯烷酮中,进行搅拌(优选磁力搅拌)使其混合均匀,得混合浆料;A2、然后,将步骤A1配置好的混合浆料均匀的涂覆在铝箔上,在80℃下干燥12h得到正本文档来自技高网
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一种镍钴铝三元正极材料的制备方法及其应用

【技术保护点】
1.一种镍钴铝三元正极材料的制备方法,其特征在于,具体是在镍盐、钴盐的混合溶液中加入沉淀剂、络合剂共沉淀反应得到镍钴前驱体β‑Ni0.85Co0.15(OH)2,之后将镍钴前驱体与铝源和锂源混合均匀后高温焙烧反应得到镍钴铝三元正极材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2;所述铝源为异丙醇铝。

【技术特征摘要】
1.一种镍钴铝三元正极材料的制备方法,其特征在于,具体是在镍盐、钴盐的混合溶液中加入沉淀剂、络合剂共沉淀反应得到镍钴前驱体β-Ni0.85Co0.15(OH)2,之后将镍钴前驱体与铝源和锂源混合均匀后高温焙烧反应得到镍钴铝三元正极材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2;所述铝源为异丙醇铝。2.根据权利要求1所述的一种镍钴铝三元正极材料的制备方法,其特征在于,具体包括如下步骤:S1、前驱体β-Ni0.85Co0.15(OH)2的制备按比例称取Ni、Co盐作为原料,并配制成1~3mol·L-1的Ni、Co盐混合溶液,以2~6mol·L-1的NaOH为沉淀剂,1~3mol·L-1NH3·H2O为络合剂,制备出前驱体产物β-Ni0.85Co0.15(OH)2;Ni、Co盐中Ni、Co的物质的量比为:nNi:nCo=75:25~85:15;S2、镍钴铝三元正极材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的制备将步骤S1制备得到的前驱体材料β-Ni0.85Co0.15(OH)2与锂源和铝源异丙醇铝按一定比例充分混合均匀后放入到管式炉中,在氧气气氛升温到450~550℃,保温2~5h后,继续升温到750℃~850℃后焙烧12~20h,即得;上述锂源:铝源的物质的量比的为1:0.05~0.1。3.根据权利要求2所述的一种镍钴铝三元正极材料的制备方法,其特征在于,步骤S1中,Ni、Co盐具体为硫酸盐或硝酸盐。4.根据权利要求2或3所述的一种镍钴铝三元正极材料的制备方法,其特征在于,步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员:武媛徐海平刘昆刘学良伍成王耐清
申请(专利权)人:桑顿新能源科技有限公司
类型:发明
国别省市:湖南,43

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