本发明专利技术涉及一种锂离子电池正极材料球形镍钴铝酸锂的制备方法。主要包括以下步骤：以含有一个或多个-COO-基团，且不含有氨氮基团的有机酸或盐络合剂溶液为反应底液，将镍、钴的可溶性盐溶液、偏铝酸盐溶液按制备镍钴铝酸锂正极材料化学式中的所需镍钴铝的摩尔配比和碱性沉淀剂溶液同时加入至络合剂溶液中，络合剂相对于镍、钴、铝的总摩尔量充分过量，并通过碱性沉淀剂控制反应体系的pH值在8-13之间，反应温度为30-90℃，反应结束后过滤得到球形氢氧化镍钴铝前驱体，再与锂源混合均匀研磨后，经氧化焙烧得到。本发明专利技术制备工艺简单，环境友好，能耗低，成本低，产品性能稳定可控，适合工业化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及。
技术介绍
因为具有高的比能量，循环寿命长，自放电率低和环境污染小等特点，锂离子电池在小型电源领域和电动车电池领域都有快速发展。市场需求的锂离子电池需要有更高的能量密度。LiNiaS(]Coai5Ala(]502正极材料具有成本低，容量高且循环稳定性好等优势，它被认为是目前最具吸引力的正极材料之一。目前，国内外企业都已经在开展这类产品的产业化试验，。近年来，很受欢迎的Tesla电动汽车就是应用的该系列正极材料，该材料的应用使得汽车续航能力大幅度增加，安全性能也可以满足要求。NCA通常是采用共沉淀法来制备前驱体，再进行混锂烧制。而共沉淀制备前驱体的工艺可分为两段共沉淀和一段共沉淀法。前者即为先共沉淀制备镍、钴前驱体再掺入铝，后者为同时共沉淀镍、钴、铝。这两种制备方法都用氨水作为络合剂，但它们在制备过程中都存在以下问题:(1)两段法中铝难以与镍、钴形成充分均匀的混合物；而一段法中因为过程难以控制稳定，Al3+的形核速度过快，得到的前驱体颗粒球形形貌较差，流动性不好；(2)制备过程中加入大量的氨水作为络合剂，增大了生产的成本；(3)加入的氨水在生产制备过程中会产生对环境有害的NH3，且产生大量的氨氮废水，增加制备困难，污染环境。公开号为CN 103094546 A、公开日期为2013.5.8的中国专利技术专利，提出了采用铝源为偏铝酸钠的共沉淀法制备镍钴铝前驱体，该方法能使镍钴铝元素均匀形成共沉淀。但是此法虽然解决了镍钴铝同时沉淀中铝所存在的问题，却仍然没有解决络合剂氨水带来的一系列问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种液相合成制备锂离子电池正极材料球形镍钴铝酸锂的方法。本专利技术方法不但制备工艺简单，环境友好，能耗低，成本低，而且所得正极材料产品性能稳定可控，具有良好的形貌粒径和高的比容量，循环稳定性好，适合工业化生产。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的:以含有一个或多个-coo-基团，且不含有氨氮基团的有机酸或盐络合剂溶液为反应底液，将镍、钴的可溶性盐溶液、偏铝酸盐溶液按制备镍钴铝酸锂正极材料化学式中的所需镍钴铝的摩尔配比和碱性沉淀剂溶液同时加入至络合剂溶液中，络合剂相对于镍、钴、招的总摩尔量充分过量，并通过碱性沉淀剂控制反应体系的pH值在8-13之间，反应温度为30_90°C，反应结束后过滤得到球形氢氧化镍钴铝前驱体，再与锂源混合均匀研磨后，经氧化焙烧得到。所述的络合剂为乳酸、草酸、水杨酸、磺基水杨酸、乙二胺四乙酸或乙二胺四乙酸二钠。镍、钴和铝三种金属元素的总摩尔量与络合剂的摩尔量比为200:0.5?10。镍、钴和铝三种金属元素的总摩尔量与乙二胺四乙酸或乙二胺四乙酸二钠的摩尔量优选比为100:0.5?1。—种锂离子电池正极材料球形镍钴铝酸锂的制备方法，包括以下制备步骤:(1)球形氢氧化镍钴铝前驱体的制备:a)将镍、钴的可溶盐按照摩尔比Ni2+:Co2+=0.80:0.15溶解于蒸馏水中制成l-3mol/L的混合水溶液，得到水溶液A ;b)将铝的可溶盐与氢氧化钠按照摩尔比Al3+:0H = 1:4溶解于蒸馏水中制成水溶液，得到水溶液B，其浓度与溶液A相匹配，满足镍钴铝三种金属离子的比例为Ni2+:Co2+:Al3+= 0.80:0.15:0.05 ;c)将碱性沉淀剂配制成3-6mol/L水溶液，得到水溶液C ;d)将络合剂按照镍原子、钴原子和招原子的金属元素摩尔量与络合剂的摩尔量比为200:0.5?10溶于反应爸中的蒸馈水中，得到水溶液D ；e)将配置好的A、B、C三种水溶液加入带有底液D的高速搅拌反应釜中，控制溶液A、B的进料速度为2-20ml/min，调节溶液C的进料速度以控制反应体系的pH值在8-13之间，以300-1000rpm的速度进行搅拌，加热至30_90°C，反应4_36h后结束，然后过滤出球形氢氧化镍钴铝前驱体；f)过滤得到的球形氢氧化镍钴铝用去离子水洗涤过滤6-10遍后，于80-120°C (最优选的是110°C)真空干燥箱中真空烘干得到前驱体颗粒。(2)球形镍钴铝酸锂正极材料的制备:a)将锂源于制得的球形氢氧化镍钴铝前驱体混合均匀研磨得配锂前驱体山)将配锂前驱体在流动的氧气气氛下于600— 1000°C焙烧5 — 50h，焙烧后进行自然随炉冷却得到球形镍钴铝酸锂。本专利技术中的镍、钴、铝的可溶性盐，为各自的硫酸盐、硝酸盐、醋酸盐或氯化物中的一种或多种。本专利技术中的络合剂为一种或多种混合物有机酸或盐，它们结构中含一个或多个-C00-基团。所述的络合剂应选用对Ni2+、Co2+和A13+离子都具有较强的络合能力，比如乳酸、草酸、水杨酸、磺基水杨酸、乙二胺四乙酸或乙二胺四乙酸二钠等。本专利技术中的碱性沉淀剂为NaOH、Κ0Η或L1H.H20中的一种或多种混合物。本专利技术中的(1)步中A、B、C三种溶液是并流加入带有搅拌装置的反应釜中，优选的方式是通过蠕动栗来控制并流加入。本专利技术中的球形氢氧化镍钴铝前驱体为浅绿色沉淀。本专利技术中的锂源为电池级氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂和硝酸锂中的一种或多种混合物。本专利技术中的流动氧气气氛为纯氧气氛，其流动速度为l_20ml/min。本专利技术的液相共沉淀制备锂离子电池正极材料球形镍钴铝酸锂的方法具有以下几个显著特点:没有使用氨水作为络合剂，改善了生产制备环境，不产生有害气体。但专利技术人也发现，虽然避免了氨水作为络合剂，本专利技术可使得使用的络合剂的量非常少，大大降低了生产制备的成本，但产品性能却有所降低，研究初期专利技术人也很困惑，不清楚应如何处理，可以在减少络合剂用量的同时，可以保持产品良好的性能，通过进一步研究，专利技术人惊喜的发现球形氢氧化镍钴铝前驱体过程中，若将络合剂溶液作为反应底液，将镍、钴的可溶性盐溶液、偏铝酸盐溶液与碱性沉淀剂共同加入到反应底液中，所得的锂离子电池正极材料产品可以具有良好的性能指标。因此，通过本专利技术的方法不但可以减少后续处理有利于工业化的生产，还具有制备工艺简单，环境友好，能耗低，成本低，而且所得正极材料产品性能稳定可控，具有良好的形貌粒径和高的比容量，循环稳定性好的特点。(3)通过本专利技术方法合成的镍钴铝酸锂正极材料基本上保持了前驱体的球形形貌，粒径分布和形貌良好，放电比容量高，循环性能好。由本专利技术中的制备方法制得的球形镍钴铝酸锂正极材料为球状，其平均粒径为5?12 μ m，振实密度为1?3g/cm3，放电比容量为170?183mAh/g，100次循环后比容量保持率为85?95%。【附图说明】图1是本专利技术的球形镍钴铝酸锂前驱体Ni_Co。.15A10.05 (OH) 2的X射线衍射图；图2是本专利技术的球形镍钴铝酸锂LiNiQ.SQCo。.15AlaQ502的X射线衍射图；图3是本专利技术的球形镍钴铝酸锂前驱体Ni_Coai5Ala(]5(0H)2的扫描电镜图；图4是本专利技术的球形镍钴铝酸锂LiNiQ.SQCoQ.15AlaQ502的扫描电镜图；图5是对比例1球形镍钴铝酸锂前驱体NiQ.SQCoQ.15AlaQ5(0H)2的扫描电镜图；图6是本专利技术的球形镍钴铝酸锂LiNiQ.SQCoQ.15AlaQ502的首次放电曲线图；图7是本专利技术的球形镍钴铝酸锂LiNiQ.SQCoQ.15AlaQ502的循环性能曲线图。【具体实施方式】:下面结合附图和具体实本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种锂离子电池正极材料球形镍钴铝酸锂的制备方法，以含有一个或多个‑COO‑基团，且不含有氨氮基团的有机酸或盐络合剂溶液为反应底液，将镍、钴的可溶性盐溶液、偏铝酸盐溶液按制备镍钴铝酸锂正极材料化学式中的所需镍钴铝的摩尔配比和碱性沉淀剂溶液同时加入至络合剂溶液中，络合剂相对于镍、钴、铝的总摩尔量充分过量，并通过碱性沉淀剂控制反应体系的pH值在8‑13之间，反应温度为30‑90℃，反应结束后过滤得到球形氢氧化镍钴铝前驱体，再与锂源混合均匀研磨后，经氧化焙烧得到。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：胡国荣，杜柯，彭忠东，曹雁冰，谢红斌，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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