一种改性镍钴铝酸锂正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及锂离子电池正极材料技术领域，尤其涉及一种改性镍钴铝酸锂正极材料及其制备方法和应用。本发明专利技术提供了一种改性镍钴铝酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：将镍钴铝前驱体、氧化剂和水混合，进行预氧化，得到预氧化的镍钴铝前驱体；将所述预氧化的镍钴铝前驱体与锂源混合，进行第一固相烧结，得到镍钴铝酸锂；将镍钴铝酸锂、粘结剂、仲钨酸铵和水混合，得到浆料；将所述浆料依次进行喷雾造粒和第二固相烧结，得到改性镍钴铝酸锂正极材料。利用本发明专利技术所述制备方法制备的改性镍钴铝酸锂正极材料具有较高的比容量和较好的循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种改性镍钴铝酸锂正极材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及锂离子电池正极材料
，尤其涉及一种改性镍钴铝酸锂正极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着电动汽车、高端3C数码等领域对锂离子电池的要求越来越高，镍钴铝酸锂正极材料由于比容量高、循环能力强和稳定性好，极具发展前景。由于在镍钴铝酸锂合成过程中Ni2+很难完全转变为Ni3+，造成Ni2+/Li+不规则填充空位，同时镍钴铝酸锂在深度放电时会在一次颗粒表面形成微缝隙，比容量出现劣化，导致镍钴铝酸锂的循环稳定性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种改性镍钴铝酸锂正极材料及其制备方法和应用，利用本专利技术所述制备方法制备的改性镍钴铝酸锂正极材料具有较高的比容量和较好的循环稳定性。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种改性镍钴铝酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：将镍钴铝前驱体、氧化剂和水混合，进行预氧化，得到预氧化的镍钴铝前驱体；将所述预氧化的镍钴铝前驱体与锂源混合，进行第一固相烧结，得到镍钴铝酸锂；将所述镍钴铝酸锂、粘结剂、仲钨酸铵和水混合，得到浆料；将所述浆料依次进行喷雾造粒和第二固相烧结，得到改性镍钴铝酸锂正极材料。优选的，所述氧化剂包括次氯酸盐和/或氯酸盐；所述镍钴铝前驱体和氧化剂的质量比为(90～95)：(5～10)。优选的，所述预氧化的温度为40～90℃，时间为2～5h。优选的，所述预氧化的镍钴铝前驱体与锂源的质量比为(1.5～2.5)：1；所述第一固相烧结的温度为600～750℃，时间为10～30h；升温至所述第一固相烧结的温度的升温速率为10～15℃/min。优选的，所述粘结剂包括淀粉、糊精、壳聚糖、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚四氟乙烯、聚酰亚胺和海藻酸钠中的一种或几种。优选的，所述镍钴铝酸锂、粘结剂和仲钨酸铵的质量比为(92～95)：(2～4)：(1～6)；所述浆料的固含量为10～50％。优选的，所述喷雾造粒的上料速度为0.5～5L/h，进料温度为200～400℃，出料温度为100～150℃。优选的，所述第二固相烧结的温度为300～500℃，时间为3～8h；升温至所述第二固相烧结的温度的升温速率为10～15℃/min。本专利技术还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的改性镍钴铝酸锂正极材料，包括镍钴酸锂和包覆在所述镍钴酸锂表面的混合包覆层；所述混合包覆层的材料包括无定形碳和氧化钨。本专利技术还提供了上述技术方案所述的改性镍钴铝酸锂正极材料在锂离子电池中的应用。本专利技术提供了一种改性镍钴铝酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：将镍钴铝前驱体、氧化剂和水混合，进行预氧化，得到预氧化的镍钴铝前驱体；将所述预氧化的镍钴铝前驱体与锂源混合，进行第一固相烧结，得到镍钴铝酸锂；将所述镍钴铝酸锂、粘结剂、仲钨酸铵和水混合，得到浆料；将所述浆料依次进行喷雾造粒和第二固相烧结，得到改性镍钴铝酸锂正极材料。本专利技术通过氧化剂对镍钴铝前驱体进行预氧化可以提高过渡金属的平均价态，避免后续烧结(第一固相烧结)时由于氧化不充分造成的Ni2+/Li+不规则填充空位，进而提升镍钴铝酸锂的比容量。本专利技术将镍钴铝酸锂、粘结剂和仲钨酸铵混合，可通过粘结剂将镍钴铝酸锂与仲钨酸铵粘附在一起，且在后续的烧结过程(第二固相烧结)中粘结剂碳化，生成导电性良好的无定形碳，增强镍钴铝酸锂的导电性，同时仲钨酸铵原位分解为氧化物，并实现对镍钴铝酸锂的包覆，有效的减少了正极材料表面的晶格缺陷，形成完整有序的表面层，促进Li+的扩散，提升镍钴铝酸锂的循环稳定性。同时，本专利技术所述的制备方法具有工艺流程简单易于操作、成本低、制备条件易于控制、合成周期短、产品组成均匀且质量好等优点。附图说明图1为本专利技术所述改性镍钴铝酸锂正极材料的制备流程图；图2为实施例1制备得到的改性镍钴铝酸锂正极材料的SEM图。具体实施方式本专利技术提供了一种改性镍钴铝酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：将镍钴铝前驱体、氧化剂和水混合，进行预氧化，得到预氧化的镍钴铝前驱体；将所述预氧化的镍钴铝前驱体与锂源混合，进行第一固相烧结，得到镍钴铝酸锂；将所述镍钴铝酸锂、粘结剂、仲钨酸铵和水混合，得到浆料；将所述浆料依次进行喷雾造粒和第二固相烧结，得到改性镍钴铝酸锂正极材料(制备流程如图1所示，其中，图1中的“一烧”对应所述“第一固相烧结”，“二烧”对应所述“第二固相烧结”)。在本专利技术中，若无特殊说明，所有制备原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。本专利技术将镍钴铝前驱体、氧化剂和水混合，进行预氧化，得到预氧化的镍钴铝前驱体。在本专利技术中，所述镍钴铝前驱体优选通过制备得到；所述镍钴铝前驱体的制备方法优选参考公开号为CN107681143A的中国专利公开的镍钴铝前驱体的制备方法。在本专利技术中，所述镍钴铝前驱体的制备过程优选包括以下步骤：将包括Ni2+、Co2+和Al3+的金属盐溶液、络合剂溶液和沉淀剂溶液混合，采用液相控制结晶法制备镍钴铝前驱体；在本专利技术中，所述金属盐溶液中金属离子的总浓度优选为0.5～10mol/L，进一步优选为1～6mol/L，更优选为2～4mol/L；在本专利技术中，所述金属盐溶液中Ni2+、Co2+和Al3+的摩尔比优选为[0.5～1)：[0.09～0.4]:[0.01～0.1]，进一步优选为[0.75～0.9]：[0.2～0.3]:[0.05～0.06]。在本专利技术中，所述金属盐溶液的溶剂优选为水。在本专利技术中，所述金属盐优选包括硫酸盐、硝酸盐和氯化物中的一种或多种。本专利技术对所述金属盐的来源没有特殊的要求，采用本领域技术人员熟知的金属盐即可。在本专利技术中，所述络合剂溶液中络合剂包括氟化物、醇胺类化合物、磷酸类化合物和羰基化合物中的一种或多种。本专利技术采用所述络合剂络合Al3+来降低Al3+的形核速率，确保Al3+与Ni2+、Co2+均匀共沉淀结晶，从而得到粒度分布均匀、振实密度高的球形NixCoyAlz(OH)2前驱体，以此得到的镍钴铝酸锂正极材料组成均匀、严格满足化学计量比且均一性良好。在本专利技术中，所述氟化物优选包括氟化钠、氟化钾和氟化铵中的一种或多种；当所述氟化物为上述具体选择中的两种以上时，本专利技术对上述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。本专利技术对所述氟化钠、氟化钾和氟化铵的具体来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的市售商品即可。在本专利技术中，所述醇胺类化合物优选包括二乙醇胺和/或三乙醇胺；当所述醇胺类化合物为二乙醇胺和三乙醇胺时，本专利技术对所述二乙醇胺和三乙醇胺的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。本专利技术对所述二乙醇胺和三乙醇胺的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的即可。在本专利技术中，所述磷酸类化合物优选包括焦磷酸钠和/或六偏磷酸钠；当所述磷酸类化合物为焦磷酸钠和六偏磷酸钠时，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性镍钴铝酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将镍钴铝前驱体、氧化剂和水混合，进行预氧化，得到预氧化的镍钴铝前驱体；/n将所述预氧化的镍钴铝前驱体与锂源混合，进行第一固相烧结，得到镍钴铝酸锂；/n将所述镍钴铝酸锂、粘结剂、仲钨酸铵和水混合，得到浆料；/n将所述浆料依次进行喷雾造粒和第二固相烧结，得到改性镍钴铝酸锂正极材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种改性镍钴铝酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将镍钴铝前驱体、氧化剂和水混合，进行预氧化，得到预氧化的镍钴铝前驱体；
将所述预氧化的镍钴铝前驱体与锂源混合，进行第一固相烧结，得到镍钴铝酸锂；
将所述镍钴铝酸锂、粘结剂、仲钨酸铵和水混合，得到浆料；
将所述浆料依次进行喷雾造粒和第二固相烧结，得到改性镍钴铝酸锂正极材料。


2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化剂包括次氯酸盐和/或氯酸盐；
所述镍钴铝前驱体和氧化剂的质量比为(90～95)：(5～10)。


3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述预氧化的温度为40～90℃，时间为2～5h。


4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预氧化的镍钴铝前驱体与锂源的质量比为(1.5～2.5)：1；所述第一固相烧结的温度为600～750℃，时间为10～30h；
升温至所述第一固相烧结的温度的升温速率为10～15℃/min。


5.如权利要求1所述的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小康，郭华彬，苑举君，彭光怀，
申请(专利权)人：赣南师范大学，
类型：发明
国别省市：江西;36