氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料的制备方法及氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料和锂离子电池技术

本发明专利技术提供了一种氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料的制备方法及氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料和锂离子电池，涉及锂离子电池材料技术领域。该制备方法首先采用液相沉淀法在镍钴锰前驱体表面包覆有氢氧化铝，将经过陈化、分离处理后的氢氧化铝包覆镍钴锰前驱体直接与锂源和水混合，可使得两者混合更加充分、均匀，简化工艺流程；另外，氢氧化铝包覆镍钴锰前驱体、锂源和水混合后进行喷雾干燥处理，相比传统烘干过程能够缩短处理时间，且得到的粉末状待烧物的粒径更加均匀，更有利于对烧结后氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料形貌的控制。本发明专利技术还提供了一种氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料和锂离子电池。

【技术实现步骤摘要】
氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料的制备方法及氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料和锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池材料
，具体而言，涉及氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料的制备方法及氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料和锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池主要包含正极、负极、可以传导锂离子的电解液以及将正负极隔开的隔膜。其中，锂离子正极材料是锂离子电池中极为重要的组成部分。目前，锂离子电池正极材料有很多，比如锂钴氧化物、锂镍氧化物和锂锰氧化物，其中钴酸锂是目前应用最广的电池材料，但钴资源日益匮乏，价格昂贵，且钴酸锂电池在使用过程中存在安全隐患。为此，镍钴锰酸锂正极材料应运而生。镍钴锰酸锂(LiNixCoyMn1-x-yO2)以相对廉价的镍和锰取代了钴酸锂中三分之二以上的钴，成本方面优势非常明显。和其他锂离子电池正极材料锰酸锂、磷酸亚铁锂相比，具有层状结构的镍钴锰酸锂材料和钴酸锂在电化学性能和加工性能方面非常接近，使得镍钴锰酸锂材料成为新的电池材料而逐渐取代钴酸锂，被认为是最具前景之一的锂离子电池正极材料。但是镍钴锰酸锂正极材料具有一些本征的缺点，严重制约其应用发展，故国内外众多学者研究尝试通过表面包覆或掺杂改善正极材料的性能。采用氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料是其中的一个研究方向。在传统的氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料的制备方法中，需要将氢氧化铝包覆镍钴锰前驱体进行烘干，烘干过程时间长且烘干温度较难控制以及烘干后容易结块，需进一步增加球磨工艺使之与锂源混合均匀，整个工艺流程较为复杂，且生产周期长，产品形貌也不宜控制。有鉴于此，特提出本专利技术以解决上述技术问题。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，可简化工艺流程，缩短处理时间，同时获得颗粒大小均匀、形貌规整的氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料。本专利技术的第二个目的在于提供一种氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料，采用上述氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料的制备方法得到。本专利技术的第三个目的在于提供一种锂离子电池，包括上述氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料。本专利技术的第四个目的在于提供一种包含上述锂离子电池的电子装置、电动工具、电动车辆或电力存储系统。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：本专利技术提供了一种氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：(a)将铝盐和碱性氢氧化物加入到Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2前驱体的分散溶液中，陈化，分离，得到氢氧化铝包覆Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2前驱体；(b)将氢氧化铝包覆Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2前驱体、锂源和水的混合溶液进行喷雾干燥，于氧化性气氛下烧结，得到氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料。进一步的，Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2前驱体与铝盐的摩尔比为(53-260):1，优选为(60-250):1，进一步优选为(65-230):1；优选地，所述氢氧化铝包覆Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2前驱体中的Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2前驱体与锂源的摩尔比为(1.6-2.2):1，优选为(1.8-2.1):1，进一步优选为(1.9-2.0):1；优选地，所述锂源选自碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂或醋酸锂中的一种或至少两种的组合。进一步的，步骤(b)中，所述喷雾干燥的进口温度为200-300℃，优选为250-290℃，进一步优选为260-280℃；优选地，所述喷雾干燥的出口温度为90-120℃，优选为100-115℃，进一步优选为105-110℃；优选地，所述喷雾干燥的气流量为5.0-6.0m3/h，优选为5.2-5.8m3/h，进一步5.4-5.6m3/h。进一步的，步骤(a)中，陈化时间为2-5h，优选为2.5-4.5h，进一步优选为3-4h；优选地，步骤(b)中，混合溶液经喷雾干燥后得到的混合料的粒径为1-20μm，优选为2-18μm，进一步优选为3-15μm；优选地，步骤(b)中，所述烧结的温度为900-1050℃，烧结的时间为10-18h；优选地，步骤(b)中，所述烧结时的氧化性气氛为空气或氧气。进一步的，步骤(a)中，铝盐为硝酸铝，碱性氢氧化物为氢氧化钠；优选地，Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2前驱体与硝酸铝的质量比为(13-64):1，优选为(20-60):1，进一步优选为(25-50):1。进一步的，所述氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：(a)将硝酸铝和氢氧化钠加入到Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2前驱体的水溶液中，陈化，分离，得到氢氧化铝包覆Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2前驱体；(b)将氢氧化铝包覆Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2前驱体、锂源和水的混合溶液进行喷雾干燥，于空气或氧气气氛下烧结，得到氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料；其中，喷雾干燥的进口温度为260-280℃，出口温度为105-110℃，气流量为5.4-5.6m3/h。进一步的，所述氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料中氧化铝占镍钴锰酸锂的质量分数为0.2-1.0％，优选为0.3-0.8％，进一步优选为0.4-0.6％。本专利技术还提供了一种氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料，采用上述的氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料的制备方法制备得到。本专利技术还提供了一种锂离子电池，包括上述氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料。本专利技术还提供了包含上述锂离子电池的电子装置、电动工具、电动车辆或电力存储系统。与现有技术相比，本专利技术提供的氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料的制备方法、氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料具有以下优势：(1)本专利技术提供了一种氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，首先采用液相沉淀法在Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2前驱体表面包覆有氢氧化铝，将经过陈化、分离处理后的氢氧化铝包覆Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2前驱体直接与锂源和水混合，可使得两者混合更加充分、均匀，简化工艺流程，改善了传统制备方法中将氢氧化铝包覆Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2前驱体进行烘干，烘干过程时间长且烘干温度较难控制以及烘干后容易结块，需进一步增加球磨工艺使之与锂源混合均匀的技术问题；另外，氢氧化铝包覆Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2前驱体、锂源和水混合后进行喷雾干燥处理，相比传统烘干过程能够缩短处理时间，且得到的粉末状待烧物的粒径更加均匀，更有利于对烧结后氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料形貌的控制；通过上述制备方法，使得氧化铝可在镍钴锰酸锂颗粒表面形成一层微薄的、均匀的包覆层，所得到的氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料颗粒大小均匀，形貌规整。(2)本专利技术提供了一种氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，工艺流程简单，易于操作，生产成本低，适合于工业化量产。(3)本专利技术提供了一种氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料，通过上述制备方法制备得到。该氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料颗粒均匀、形貌规整，且生产成本低，适合工业化量产。(4)本专利技术提供了一种锂离子电池，包括氧化铝镍钴锰酸锂颗粒。鉴于上述氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料所具有的优势，使得采用其作为正极材料的锂离子电池也具有同样的效果。(5)本专利技术提供了包含上述锂离子电池的电子装置、电动工具、电动车辆或电力存储系统。鉴于上述锂离子电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)将铝盐和碱性氢氧化物加入到Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2前驱体的分散溶液中，陈化，分离，得到氢氧化铝包覆Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2前驱体；(b)将氢氧化铝包覆Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2前驱体、锂源和水的混合溶液进行喷雾干燥，于氧化性气氛下烧结，得到氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料。

【技术特征摘要】
1.一种氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)将铝盐和碱性氢氧化物加入到Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2前驱体的分散溶液中，陈化，分离，得到氢氧化铝包覆Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2前驱体；(b)将氢氧化铝包覆Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2前驱体、锂源和水的混合溶液进行喷雾干燥，于氧化性气氛下烧结，得到氧化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2前驱体与铝盐的摩尔比为(53-260):1，优选为(60-250):1，进一步优选为(65-230):1；优选地，所述氢氧化铝包覆Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2前驱体中的Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2前驱体与锂源的摩尔比为(1.6-2.2):1，优选为(1.8-2.1):1，进一步优选为(1.9-2.0):1；优选地，所述锂源选自碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂或醋酸锂中的一种或至少两种的组合。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，所述喷雾干燥的进口温度为200-300℃，优选为250-290℃，进一步优选为260-280℃；优选地，所述喷雾干燥的出口温度为90-120℃，优选为100-115℃，进一步优选为105-110℃；优选地，所述喷雾干燥的气流量为5.0-6.0m3/h，优选为5.2-5.8m3/h，进一步5.4-5.6m3/h。4.根据权利要求1-3任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，陈化时间为2-5h，优选为2.5-4.5h，进一步优选为3-4h；优选地，步骤(b)中，混合溶液经喷雾干燥后得到的混合料的粒径为1-20μm，优选为2-18μm，进...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢红霞，武雪峰，马书良，成信刚，付笑哲，
申请(专利权)人：北方奥钛纳米技术有限公司，银隆新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13