[发明专利]一种核壳结构镍钴铝酸锂材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种核壳结构镍钴铝材料的制备方法，本发明属于锂离子电池正极材料应用技术领域，该核壳结构材料分为两层结构，其中内层核心部分为：LiNi_aCo_1‑a‑bAl_bO₂，其中(a＞0.7，0.05≥b≥0，1＞a+b)，外壳部分分子式为LiNi_cCo_1‑c‑dAl_dO₂，其中(c＞0.5，0.5＞d＞0，1＞c+d)。为了使这两种材料在结晶过程中晶型一致，结构紧密，本发明使用两种碱溶液作为沉淀剂，同时在碱溶液交替过程中使用溶度梯度的方法使该种核壳结构材料晶型一致，结晶度高，不存在明显核壳界面。使用本发明所述方法的镍钴铝酸锂材料较普通均相材料在保持了高容量的同时有效的提高了材料的循环稳定性、热稳定性，材料胀气率也有明显降低，具有较高的性价比优势，更适用于动力电池应用。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，特别涉及一种高比容量锂离子电池用正极材料及其制备方法。

背景技术

目前锂离子电池已经广泛应用于各种移动式电器，如手机、相机、笔记本电脑等，随着随身设备耗电量不断的增加，各电池配套厂商对体积较小、重量较轻、比容量较高且安全性能较好的锂离子二次电池需求量不断加大。目前NCA材料作为一种高比能量材料已经越来越受到国内外电池生产厂商重视，该种材料的应用也从便携式电池领域进入了电动车动力电池正极材料的应用领域。但是这种材料镍含量高，在充放电过程中材料表面高价镍与电解液发生氧化还原反应产生大量气体，严重制约了NCA材料的应用，同时该材料也存在耐过充能力差、热稳定性较差等缺陷。

目前，镍钴铝材料的制备方法主要有固相合成和液相合成。固相法合成一般以镍、钴和铝的化合物和锂源化合物混合后进行烧结，但这种固体混料方式不能达到原子级别的均匀，性能难以充分发挥；液相法虽然可以解决此问题，但工艺复杂、性能较差、产量低。

发明内容

本发明提出的方法是将NCA材料核壳化，使核壳结构材料分为两层结构，其中内层核心部分为镍含量较高铝含量较低的材料，其分子式为：LiNi_aCo_1-a-bAl_bO₂，其中(a＞0.7，0.05≥b≥0，1＞a+b)，外壳部分为铝含量较高镍含量较低的材料，其分子式为LiNi_cCo_1-c-dAl_dO₂，其中(c＞0.5，0.5＞d＞0，1＞c+d)。同时使用两种碱溶液进行共沉淀反应，在碱溶液交替时使用浓度梯度方法使材料核壳两部分晶型不发生改变，结构紧密，这样可以大幅度降低材料表面镍含量，减少充放电过程中电解液的分解，其产气量可以降低至523型三元材料水平，同时提高了材料的循环稳定性及热稳定性。

为了解决上述技术问题，本发明一种制备核壳结构镍钴铝酸锂材料的方法，包括以下步骤：

步骤一：配制含有镍盐、钴盐、铝盐的盐溶液A，其中Ni∶Co∶Al＝a∶1-a-b∶b，其中(a＞0.7，0.05≥b≥0，1＞a+b)作为制备核心材料的盐溶液；配制含有镍盐、钴盐、铝盐的盐溶液B，其中Ni∶Co∶Al＝c∶1-c-d∶d，其中c＞0.5，0.5＞d＞0，1＞c+d)作为制备外壳材料的盐溶液；配制混合有氨水的氢氧化钠碱溶液C；配制还有氨水的碳酸钠碱溶液D。

步骤二：将配制好的盐溶液A以匀速注入加有底液的反应釜中，与此同时，加入碱溶液C调节反应釜中溶液的pH值在10～13之间；在盐溶液A注入2/3～3/4后，以每小时降低10-1000ml的递减速率继续向反应釜中注入碱溶液C，同时从零开始以每小时增加10-1000ml的递增速率逐步向反应釜中加入碱溶液D，当盐溶液A完全注入反应釜中后继续注入盐溶液B，在盐溶液B注入1/4～1/3时，碱溶液C流速降低到0，继续匀速加入碱溶液D直至盐溶液B完全注入反应釜中。