一种燃烧乃至爆燃合成NCA电池材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种燃烧乃至爆燃合成NCA电池材料的方法，通过将选择的镍源、钴源和铝源按照适合质量制得第一混合物料，之后置于高温条件下进行燃烧乃至爆燃反应得到复合氧化物，从中筛选含镍、钴、铝三种元素的摩尔比例为8:1.5:0.5的复合氧化物，加入锂源，进一步置于高温条件下进行燃烧乃至爆燃反应，得到NCA电池材料；本发明专利技术方法利用燃烧乃至爆燃反应，使得加入的硝酸盐分解，并在分解过程中，与添加的金属粉融合，最终制得锂、镍、钴、铝摩尔比例为10:8:1.5:0.5的NCA电池材料，粒径为10‑100nm，适合作为锂电池正极材料。本发明专利技术所述燃烧乃至爆燃合成法，高效节能，工艺简单，生产效率高，可实现规模化生产。

A method of synthesizing NCA battery materials by combustion or deflagration

The invention relates to a method for synthesizing NCA battery materials by combustion or deflagration. The first mixture material is prepared by selecting nickel, cobalt and aluminium sources according to the suitable quality, and then combusting and deflagrating under high temperature to obtain composite oxides. The composite oxides containing nickel, cobalt and aluminium are screened out from the composite oxides whose molar ratio is 8:1.5:0.5, and the lithium source is added. The NCA battery material is obtained by burning or deflagration reaction at high temperature in one step. The method uses combustion or deflagration reaction to decompose the added nitrate and fuse with the added metal powder in the decomposition process, and finally produces the NCA battery material with the molar ratio of lithium, nickel, cobalt and aluminium of 10:8:1.5:0.5, and the particle size of 10_100 nm, which is suitable for the positive electrode of lithium battery. Material Science. The combustion and deflagration synthesis method of the invention has the advantages of high efficiency, energy saving, simple process and high production efficiency, and can realize large-scale production.

【技术实现步骤摘要】
一种燃烧乃至爆燃合成NCA电池材料的方法
本专利技术属于电池材料
，具体涉及一种燃烧乃至爆燃合成NCA电池材料的方法。
技术介绍
电池占到新能源汽车整车成本的近一半，可谓得动力电池，得新能源汽车天下。在电池的四大主材(正极材料、负极材料、电解液和隔膜)中，正极材料不但占到成本的40％，而且直接决定着电芯的能量密度。按正极材料技术路线，动力电池可主要分为磷酸铁锂、三元(NCA/NCM)和锰酸锂电池这三类。所谓三元材料主要以NCM和NCA为主，其中NCM材料可分为NCM111、NCM523、NCM622、NCM811等。目前国内主要采取NCM材料，以NCM523为主，2016年其在三元材料分型号产量中占比76％，NCM111和NCM622占比分别为13％和10％。随着镍元素含量的升高，三元正极材料的比容量逐渐升高，电芯的能量密度也会随之提高。在新能源汽车续航里程提高和钴价不断高涨的双重刺激之下，高镍体系的NCM811和NCA材料已经成为市场竞逐的热点。由于NCA材料的技术壁垒高，我国的产量较少，目前的主要供货商有住友金属、日本化学产业株式会社和户田化学。放眼国内电池企业，无论是一线的宁德时代、比亚迪、力神、国轩高科等厂家，还是专业做圆柱型电池的比克、沃尔玛、天鹏能源和鹏辉能源等厂家，目前都没有批量生产NCA电池。中国是全球最大的新能源汽车市场，中国已经连续两年实现NCA三元电池装车的零突破。在2016年实现零的突破之后，2017年286.5MWh的装车量是2016年87MWh的三倍多，再上一个新台阶。NCA材料中以Al代替锰，实际是将镍钴锰酸锂通过离子掺杂和表面包覆进行改性，离子掺杂可以增强材料的稳定性，提高材料的循环性能。但是在制作过程中，由于Al为两性金属，不易沉淀，因此NCA材料制作工艺上存在门槛。因此，NCA电池正极材料已成为近几年的研究热点。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种高效节能、工艺简单的燃烧乃至爆燃合成NCA电池材料的方法。所述制备方法合成的NCA电池材料的粒径为10-100nm，镍、钴、铝三种元素的摩尔比例为8:1.5:0.5。本专利技术所采用的技术方案为：一种燃烧乃至爆燃合成NCA电池材料的方法，包括如下步骤：(1)分别取镍源、钴源和铝源，充分混合均匀，得到第一混合物料；(2)将所述第一混合物料置于高温条件下进行燃烧乃至爆燃反应，即得复合氧化物；(3)向所述复合氧化物中加入锂源，充分混合均匀，得到第二混合物料；(4)将所述第二混合物料置于高温条件下进行燃烧乃至爆燃反应，即得所述NCA电池材料。步骤(1)中，所述镍源为硝酸镍和/或镍粉，所述钴源为硝酸钴和/或钴粉，所述铝源为硝酸铝和/或铝粉。步骤(1)中，所述镍源、钴源和铝源的质量比为0.744-0.800:0.150-0.163:0.050-0.063。步骤(2)中，还向所述第一混合物料中添加燃速调节剂。所述燃速调节剂的添加质量占所述第一混合物料质量的3％-8％。所述燃速调节剂为黑素今、太安、苦味酸、奥克托今、硝酸盐中的一种或几种的混合物。所述硝酸盐为金属硝酸盐，例如硝酸镁、硝酸钴、硝酸镍、硝酸银中的一种或几种的混合物。步骤(2)中，所述高温条件为500-1200℃，所述燃烧乃至爆燃反应的时间为3-4h。步骤(3)中，所述锂源为硝酸锂和/或锂粉；所述复合氧化物和锂源的质量比为0.636-0.660:0.340-0.364。步骤(4)中，所述高温条件为650-1000℃，所述燃烧乃至爆燃反应的时间为4-6h。步骤(2)和(4)中，进行所述燃烧乃至爆燃反应时，还加入助燃剂；所述助燃剂为木粉和/或碳粉。本专利技术的有益效果为：本专利技术所述的燃烧乃至爆燃合成NCA电池材料的方法，通过将选择的镍源、钴源和铝源按照适合质量制得第一混合物料，之后置于高温条件下进行燃烧乃至爆燃反应得到复合氧化物，从中筛选含镍、钴、铝三种元素的摩尔比例为8:1.5:0.5的复合氧化物，加入锂源，进一步置于高温条件下进行燃烧乃至爆燃反应，得到NCA电池材料；本专利技术方法利用燃烧乃至爆燃反应，使得加入的硝酸盐分解，并在分解过程中，与添加的金属粉融合，最终制备得到所需锂、镍、钴、铝元素比例的NCA电池材料，数据显示，所述NCA电池材料的粒径为10-100nm，含锂、镍、钴、铝三种元素的摩尔比例为10:8:1.5:0.5，适合作为锂电池正极材料。本专利技术所述燃烧乃至爆燃合成法，高效节能，工艺简单，生产效率高，可实现规模化生产。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1本实施例提供一种燃烧乃至爆燃合成NCA电池材料的方法，包括如下步骤：(1)分别取镍源(硝酸镍和镍粉按照摩尔比1:1组成的混合物)、钴源(硝酸钴和钴粉按照摩尔比1:1.5组成的混合物)、铝源(硝酸铝和铝粉按照摩尔比1:1.7组成的混合物)和燃速调节剂黑索金，并控制镍源、钴源、铝源、黑索金的质量比为0.748:0.157:0.065:0.030，充分混合均匀，得到第一混合物料；将所述第一混合物料置于小坩埚中，备用；(2)按照质量比1:1称取木粉和碳粉作为助燃剂，混合后置于大坩埚中，所述助燃剂的质量与所述第一混合物料的质量之比为3:1；(3)将小坩埚置于大坩埚中，之后置于700℃马弗炉内加热4h，加热结束后，冷却半小时，取出并过筛，得到粒径为10-50nm的复合氧化物；(4)筛选所得复合氧化物，通过XRD方式选取镍、钴、铝三种元素的摩尔比接近8:1.5:0.5的复合氧化物，之后向所述复合氧化物中加入锂源(硝酸锂和锂粉按照摩尔比1:1组成的混合物)，并控制复合氧化物和锂源的质量比为0.636:0.340，充分混合均匀，得到第二混合物料，将所述第二混合物料置于小坩埚中，备用；(5)按照质量比1:2称取木粉和碳粉作为助燃剂，混合后置于大坩埚中，所述助燃剂的质量与所述第二混合物料的质量之比为1:1；(6)将小坩埚置于大坩埚中，之后置于680℃马弗炉内加热5h，加热结束后，冷却半小时，取出并过筛，得到粒径为10-50nm的NCA电池材料。实施例2本实施例提供一种燃烧乃至爆燃合成NCA电池材料的方法，包括如下步骤：(1)分别取镍源(硝酸镍和镍粉按照摩尔比1:1组成的混合物)、钴源(硝酸钴和钴粉按照摩尔比1:1.5组成的混合物)、铝源(铝粉)和燃速调节剂奥克托今，并控制镍源、钴源、铝源、奥克托今的质量比为0.763:0.153:0.050:0.034，充分混合均匀，得到第一混合物料；将所述混合物料置于小坩埚中，备用；(2)按照质量比1:1.5称取木粉和碳粉作为助燃剂，混合后置于大坩埚中；所述助燃剂的质量与所述第一混合物料的质量之比为2:1；(3)将小坩埚置于大坩埚中，之后置于750℃马弗炉内加热4h，加热结束后，冷却半小时，取出并过筛，得到粒径为55-75nm的复合氧化物；(4)筛选所得复合氧化物，通过XRD方式选取镍、钴、铝三种元素的摩尔比接近8:1.5:0.5的复合氧化物，之后向所述复合氧化物中加入锂源(硝酸锂和锂粉按照摩尔比1:1.3组成的混合物)，并控制复合氧化物和锂源的质量比为0.647:0.353，充分混合均匀，得到第二混合物料，将所述第二混合物料置于小坩埚中，备用；(5)按本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃烧乃至爆燃合成NCA电池材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)分别取镍源、钴源和铝源，充分混合均匀，得到第一混合物料；(2)将所述第一混合物料置于高温条件下进行燃烧乃至爆燃反应，即得复合氧化物；(3)向所述复合氧化物中加入锂源，充分混合均匀，得到第二混合物料；(4)将所述第二混合物料置于高温条件下进行燃烧乃至爆燃反应，即得所述NCA电池材料。

【技术特征摘要】
1.一种燃烧乃至爆燃合成NCA电池材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)分别取镍源、钴源和铝源，充分混合均匀，得到第一混合物料；(2)将所述第一混合物料置于高温条件下进行燃烧乃至爆燃反应，即得复合氧化物；(3)向所述复合氧化物中加入锂源，充分混合均匀，得到第二混合物料；(4)将所述第二混合物料置于高温条件下进行燃烧乃至爆燃反应，即得所述NCA电池材料。2.根据权利要求1所述的燃烧乃至爆燃合成NCA电池材料的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述镍源为硝酸镍和/或镍粉，所述钴源为硝酸钴和/或钴粉，所述铝源为硝酸铝和/或铝粉。3.根据权利要求1所述的燃烧乃至爆燃合成NCA电池材料的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述镍源、钴源和铝源的质量比为0.744-0.800:0.150-0.163:0.050-0.063。4.根据权利要求1所述的燃烧乃至爆燃合成NCA电池材料的方法，其特征在于，步骤(2)中，还向所述第一混合物料中添加燃速调节剂。5.根据权利要求4所述的燃烧乃至爆燃合成NCA电池材料的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢兴华，张良杰，周慧生，李增源，汪泉，吴红波，杨恒，刘锋，冯余庆，李雪交，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34