一种镍钴铝酸锂电极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于电极材料领域，尤其涉及一种镍钴铝酸锂电极材料及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的方法包括以下步骤：a)、锂源化合物、镍源化合物、钴源化合物、铝源化合物、柠檬酸、二乙烯三胺五乙酸和溶剂混合后，调节pH值，得到溶胶；b)、所述溶胶进行陈化，得到湿凝胶；c)、所述湿凝胶进行烧结，得到镍钴铝酸锂电极材料；所述镍钴铝酸锂电极材料的通式为LiNi1-x-yCoxAlyO2，其中，x＞0，y＞0，x+y＜1。本发明专利技术采用溶胶-凝胶法，以柠檬酸和二乙烯三胺五乙酸作为络合剂，显著提高了制得的镍钴铝酸锂电极材料的比容量和循环性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电极材料领域，尤其涉及一种镍钴铝酸锂电极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子电池作为一种绿色高能可充电电池，自问世以来一直都备受关注，而且锂离子电池也被认为是未来十年电动车用电池的最佳选择，电池的主要组成部分为：正极、负极、电解液和隔膜。而正极材料作为锂离子电池的核心部件，其性能的优劣显得尤为重要，因此成本低、容量高、能量高以及功率高的正极材料受到了非常大的关注。常见的锂离子正极材料包括磷酸铁锂，镍酸锂，钴酸锂，锰酸锂以及镍钴锰三元复合材料(简称三元材料)。LiNiO2的合成比较困难；LiCoO2存在安全性差，价格昂贵；LiMn2O4的衰减比较严重；相对而言，LiFePO4的发展较为成熟，LiFePO4正极材料具有成本低、循环性能稳定，尤其是在安全性能上具有很大的优势，有望应用于电动汽车上，但是其能量密度方面却远不如三元材料。三元材料具有成本低、环境友好、比容量高以及循环性能好等优点。目前已经商业化的三元材料主要包含：LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2等。为了能够进一步的提高三元材料的性能，已有研究者对其做了掺杂和包覆等改性研究。研究发现使用Al元素取代三元材料中的部分Co元素制成的镍钴铝酸锂(通式为LiNi1-x-yCoxAlyO2)材料可以在一定程度上改善材料的结构稳定性，提高材料的充放电循环稳定性。目前镍钴铝酸锂材料多采用共沉淀法制备得到，其比容量和循环性能相比于现有三元材料提升有限。因此如何改进镍钴铝酸锂材料制备工艺，进一步提升材料的比容量和循环性能是目前的一个研究热点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种镍钴铝酸锂电极材料及其制备方法和应用，采用本专利技术提供的方法制得的镍钴铝酸锂电极材料具有较高的比容量，且循环性能较好。本专利技术提供了一种镍钴铝酸锂电极材料的制备方法，包括以下步骤：a)、锂源化合物、镍源化合物、钴源化合物、铝源化合物、柠檬酸、二乙烯三胺五乙酸和溶剂混合后，调节pH值，得到溶胶；b)、所述溶胶进行陈化，得到湿凝胶；c)、所述湿凝胶进行烧结，得到镍钴铝酸锂电极材料；所述镍钴铝酸锂电极材料的通式为LiNi1-x-yCoxAlyO2，其中，x＞0，y＞0，x+y＜1。优选的，步骤a)中，所述锂源化合物的锂离子、柠檬酸和二乙烯三胺五乙酸的摩尔比为(1～1.05)：(0.5～1.5)：(0.5～1.5)。优选的，步骤a)中，所述锂源化合物的锂离子与溶剂的用量比为0.01～0.2(mol)：1(L)。优选的，步骤a)中，所述锂源化合物、镍源化合物、钴源化合物和铝源化合物的摩尔比为(1～1.05)：(0.8～0.85)：(0.08～0.12)：0.05。优选的，步骤a)中，所述溶胶的pH值为7～8。优选的，步骤b)中，所述陈化的温度为60～90℃。优选的，步骤c)中，所述湿凝胶进行烧结之前，先进行干燥。优选的，所述锂源化合物包括氢氧化锂、硝酸锂和乙酸锂中的一种或多种；所述镍源化合物包括乙酸镍和/或硝酸镍；所述钴源化合物包括乙酸钴和/或硝酸钴；所述铝源化合物包括异丙醇铝和/或硝酸铝。本专利技术提供了一种上述技术方案所述方法制备得到的镍钴铝酸锂电极材料。本专利技术提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池的正极包括上述技术方案所述的电极材料。与现有技术相比，本专利技术提供了一种镍钴铝酸锂电极材料及其制备方法和应用。本专利技术提供的方法包括以下步骤：a)、锂源化合物、镍源化合物、钴源化合物、铝源化合物、柠檬酸、二乙烯三胺五乙酸和溶剂混合后，调节pH值，得到溶胶；b)、所述溶胶进行陈化，得到湿凝胶；c)、所述湿凝胶进行烧结，得到镍钴铝酸锂电极材料；所述镍钴铝酸锂电极材料的通式为LiNi1-x-yCoxAlyO2，其中，x＞0，y＞0，x+y＜1。本专利技术采用溶胶-凝胶法，以柠檬酸和二乙烯三胺五乙酸作为络合剂，显著提高了制得的镍钴铝酸锂电极材料的比容量和循环性能。此外该方法还能够减小制得的镍钴铝酸锂电极材料的颗粒尺寸，提高制得的镍钴铝酸锂电极材料颗粒尺寸的均匀度。实验结果表明，由采用本专利技术提供的方法制得的电极材料组装成的电池电比容量为195.5mAh/g，容量较高；0.1C循环50圈之后容量保持率还有95％以上，循环性能较好。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例1提供的×2000电极材料SEM图；图2是本专利技术实施例1提供的×10000电极材料SEM图；图3是本专利技术实施例1提供的电极材料XRD衍射图；图4是本专利技术实施例3提供的电池0.1C首圈充放电曲线图；图5是本专利技术实施例3提供的电池0.1C电流密度循环50圈曲线图；图6是本专利技术实施例3提供的电池倍率曲线图。具体实施方式下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种镍钴铝酸锂电极材料的制备方法，包括以下步骤：a)、锂源化合物、镍源化合物、钴源化合物、铝源化合物、柠檬酸、二乙烯三胺五乙酸和溶剂混合后，调节pH值，得到溶胶；b)、所述溶胶进行陈化，得到湿凝胶；c)、所述湿凝胶进行烧结，得到镍钴铝酸锂电极材料；所述镍钴铝酸锂电极材料的通式为LiNi1-x-yCoxAlyO2，其中，x＞0，y＞0，x+y＜1。在本专利技术提供的制备方法中，首先将锂源化合物、镍源化合物、钴源化合物、铝源化合物、柠檬酸、二乙烯三胺五乙酸和溶剂混合。其中，所述锂源化合物优选包括氢氧化锂、硝酸锂和乙酸锂中的一种或多种；所述镍源化合物优选包括乙酸镍和/或硝酸镍；所述钴源化合物优选包括乙酸钴和/或硝酸钴；所述铝源化合物优选包括异丙醇铝和/或硝酸铝；所述二乙烯三胺五乙酸的简称为DTPA，结构式为：HOOCCH2N[CH2CH2N(CH2COOH)2]2；所述溶剂优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镍钴铝酸锂电极材料的制备方法，包括以下步骤：a)、锂源化合物、镍源化合物、钴源化合物、铝源化合物、柠檬酸、二乙烯三胺五乙酸和溶剂混合后，调节pH值，得到溶胶；b)、所述溶胶进行陈化，得到湿凝胶；c)、所述湿凝胶进行烧结，得到镍钴铝酸锂电极材料；所述镍钴铝酸锂电极材料的通式为LiNi1‑x‑yCoxAlyO2，其中，x＞0，y＞0，x+y＜1。

【技术特征摘要】
1.一种镍钴铝酸锂电极材料的制备方法，包括以下步骤：
a)、锂源化合物、镍源化合物、钴源化合物、铝源化合物、柠檬酸、二
乙烯三胺五乙酸和溶剂混合后，调节pH值，得到溶胶；
b)、所述溶胶进行陈化，得到湿凝胶；
c)、所述湿凝胶进行烧结，得到镍钴铝酸锂电极材料；
所述镍钴铝酸锂电极材料的通式为LiNi1-x-yCoxAlyO2，其中，x＞0，y＞0，
x+y＜1。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中，所述锂
源化合物的锂离子、柠檬酸和二乙烯三胺五乙酸的摩尔比为(1～1.05)：
(0.5～1.5)：(0.5～1.5)。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中，所述锂
源化合物的锂离子与溶剂的用量比为0.01～0.2(mol)：1(L)。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中，所述锂
源化合物、镍源化合物、钴源化合...

【专利技术属性】
技术研发人员：李教育，郭少帅，
申请(专利权)人：河南延胜能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41