[发明专利]一种锂离子电池正极材料球形掺铝镍钴酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料球形掺铝镍钴酸锂的制备方法。

背景技术：

锂离子电池作为一种绿色二次电池，具有重量轻、体积小、放电平台高、容量大、循环寿命长、无记忆效应等优点，已广泛应用于手机、相机、笔记本电脑等移动式电子电器，同时也正越来越多地用于人造卫星、航空航天、电动汽车等领域。LiNi_xCo_1-xO₂(0.7≤x≤0.9)正极材料作为LiNiO₂和LiCoO₂的固溶体，同时具备了二者的优点，即放电比容量高、循环性能好、成本低和环境污染小等优点。但是这种材料仍然存在Ni²⁺难以完全氧化成Ni³⁺而导致高温结晶过程中Ni²⁺与Li⁺之间的“阳离子混排”现象、热稳定性差和首次放电不可逆容量较高等缺陷。为解决上述问题，国内外学者进行了大量的试验，公认铝的掺杂可以稳定镍钴酸锂材料的结构，明显改善材料的热稳定性；控制结晶法可以制备出高振实密度的球形材料。但是，仍然没有找到有效的方法将Ni²⁺彻底氧化成Ni³⁺，避免高温结晶过程中Ni²⁺与Li⁺之间的“阳离子混排”现象的发生。

传统方法制备的氢氧化镍钴铝前驱体中Ni、Co均为+2价，掺锂煅烧成镍钴酸锂时，+2价的镍很难被完全氧化成+3价，煅烧时需要长时间通纯氧气才能反应完全。在规模化生产时，即使长时间通纯氧气也难以保证+2价镍完全氧化成+3价，因为物料在静止状态下，氧气难以扩散至物料的中间或底部。有人建议用转窑煅烧，可使氧气与物料充分接触，但镍钴酸锂粘壁现象严重。此外，在目前技术条件下，采用转窑必须采用不锈钢材质做炉膛，在高温和纯氧气条件下，不锈钢很容易氧化。因此转窑不适合工业化生产。解决用高温煅烧工艺在规模化生产条件下将+2价镍完全氧化是一大难题。

由于二价镍在高温下难以氧化成三价镍，也有人在液相共沉淀时加氧化剂氧化二价镍为三价镍，例如，中科院成都有机化学所刘兴泉公开了一种锂离子电池正极材料LiNi_1-xCo_xO₂的制备方法(CN1843930)，该方法包括配制二价镍、钴的混合盐溶液，加入碱性沉淀剂和氧化剂的混合溶液并强烈搅拌，使溶液中的Co²⁺，Ni²⁺被氧化成+3价以Ni_1-xCo_xOOH的形式沉淀下来，洗涤、干燥后；将前述得到的前驱体和锂盐充分混合，在空气气氛下于300-500℃预热2-12小时，再置于650-900℃锻烧4-48小时，自然冷却至室温。但采用此种常规液相氧化共沉淀法也存在一些弊端，如三价离子沉淀时易形成絮状沉淀难以过滤，也难以形成球形大颗粒沉淀。此外，上述专利合成的是不含铝的Ni_1-xCo_xOOH的沉淀，掺锂煅烧得到的锂镍钴氧相对于锂镍钴铝氧，结构稳定性差，放电容量只有140mAh/g左右。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种液相氧化与控制结晶相结合制备锂离子电池正极材料球形掺铝镍钴酸锂的方法，本发明的方法不但使得Ni²⁺易于完全氧化成Ni³⁺，且更有利于含Ni³⁺锂离子电池正极材料的有效的制备及得到，从而抑制了高温结晶过程中Ni²⁺与Li⁺之间的“阳离子混排”现象的发生；所得正极材料可很好的提升掺铝镍钴酸锂材料的容量，改善了材料的循环性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种液相氧化与控制结晶相结合制备锂离子电池正极材料球形掺铝镍钴酸锂的制备方法，包括以下步骤：