[发明专利]锂离子电池用球形掺铝镍钴酸锂及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及二次电池领域，特别是涉及一种锂离子电池用正极材料球形掺铝镍钴酸锂及其制备方法。

背景技术：

目前锂离子电池已广泛应用于各种移动式电子电器，如手机、相机、笔记本电脑等，为适应这些设备的快速发展，各电池配套厂商对于尺寸较小、重量较轻、容量较大的锂离子二次电池需求量不断增大。LiNiO₂掺杂Co元素的正极材料同时具有了LiNiO₂材料较高的放电比容量，又稳定了材料的层状结构，增强了材料的循环稳定性。但是这种材料也存在耐过充能力差、热稳定性较差、首次放电不可逆容量较高等缺陷。为解决以上问题，使镍钴材料能尽快应用于商业化领域，国内外学者进行了大量的掺杂试验，以改善材料的电化学性能。其中铝的掺杂可以稳定镍钴材料结构，增加锂离子的扩散系数，明显抑制充放电过程中的防热反应，因此材料的循环性能和耐过充性能明显提高。但是由于铝离子为+3价，难于与镍钴元素形成单一层状结构，无法形成高密度球形镍钴材料，且其制备方法繁琐困难，不能适应工业化生产的需要。

发明内容：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具有较高密度、易于制备且性能优良的锂离子电池用球形掺铝镍钴酸锂及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案是实现的：

一种锂离子电池用球形掺铝镍钴酸锂的制备方法，包括以下步骤：

(1)球形氢氧化镍钴铝前驱体的制备：a)将摩尔比为80∶15∶5镍、钴、铝盐混合配制成1.5～2.5M的水溶液，将氢氧化钠配制成5.5～6.5M的水溶液并加入0.5～1M的络合剂，二者的体积比为25∶1～4∶1；b)将配制好的两种溶液通过蠕动泵同时加入含有1.5-2.5L浓度为0.25-0.75M碳酸盐水溶液的10L反应釜中，混合盐溶液进料速度为20ml/min，调节a)中制得的碱溶液的进料速度以控制反应体系的pH值在9～13之间，搅拌并加热到20～80℃，反应进行20～30h之间，前驱体粒度达到8～15时加料结束，然后分离出球形氢氧化镍钴铝前驱体；c)将球形氢氧化镍钴铝前驱体经去离子水洗涤过滤后烘干，制得球形氢氧化镍钴铝前驱体；

(2)球形掺铝镍钴酸锂的制备：a)将锂源与制得的球形氢氧化镍钴铝前驱体混合均匀；b)将混合物在700～900℃的温度下焙烧20～30小时，焙烧后进行冷却和破碎分级，得到球形掺铝镍钴酸锂。

上述的镍、钴、铝盐为其硫酸盐、硝酸盐或氯化盐。

上述的络合剂为氨水、碳酸氢铵、柠檬酸和草酸中的一种或其中几种的混合物。

上述的碳酸盐为碳酸钠、碳酸氢钠和碳酸氢铵中的一种或其中几种的混合物。

上述的锂源为电池级氢氧化锂、硝酸锂和碳酸锂中的一种或其中几种的混合物。

优选的为，上述的焙烧温度为700～800℃。

优选的为，上述的焙烧时间为20～24小时。

一种由上述的制备方法制得的球形掺铝镍钴酸锂，其形状为球状，平均粒径为5～30微米，振实密度为1.8～2.5g/cm³，比表面积为0.5～1.0m²/g，杂质含量小于300ppm。

在本发明的球形掺铝镍钴酸锂的制备方法中，把前驱体的形成和铝元素的掺杂结合在一起，达到了镍钴元素与铝元素的原子级混合，得到球形和类球形共沉淀前驱体，合成的镍钴材料颗粒基本上保持了前驱体的球形形貌，这使得材料具有料好的流动性，有利于在电池的制造工程中正极材料均匀的涂布到正极极片上。在焙烧得到的正极材料中，镍钴铝离子在晶格间规则有序地交错排列，可大幅提高材料的充放电循环稳定性。通过在材料中引入铝元素可以稳定镍钴材料的二维层状晶体结构，大幅提高材料的循环稳定性能同时电荷载流子的扩散阻抗较少，锂离子的扩散系数增加，同时充放电过程中的放热反应得到明显抑制，提高了材料在室温和较高温度下的电化学性能。本发明中制备出的球形掺铝镍钴酸锂材料正极材料具有粉末粒度分布与形貌可控，高比容量、生产过程简单易行，产品价格低等优点，同时显著提高了电池的循环性能和安全性能。

附图说明：

图1本发明的球形掺铝镍钴酸锂制备方法的流程图；

图2为本发明的球形掺铝镍钴酸锂的X射线衍射(XRD)图谱；

图3为本发明中球形掺铝氢氧化镍钴的扫描电镜照片；

图4为本发明的球形掺铝镍钴酸锂的扫描电镜照片；

图5为本发明的球形掺铝镍钴酸锂的充放电曲线图；