[发明专利]一种镍钴铝三元前驱体的制备方法

说明书

一种镍钴铝三元前驱体的制备方法，包括如下步骤：（1）制备偏铝酸钠溶液：将金属铝锭用过量的氢氧化钠溶液溶解制备得到偏铝酸钠溶液；（2）将步骤（1）中所得的偏铝酸钠溶液、镍钴金属盐水溶液、络合剂和沉淀剂分别加入到反应釜中进行反应，控制反应釜中反应体系的pH值为11~13，在40℃~80℃下连续反应8‑14h，得到镍钴铝氢氧化物的前驱体。在偏铝酸钠溶液中存在过量的、游离的氢氧化钠，该部分氢氧化钠一方面保证了偏铝酸钠溶液的稳定性，另外一方面在与镍钴溶液形成镍钴铝的氢氧化物前驱体的过程中，大幅度降低了形成均相镍钴铝氢氧化物前驱体的时间，提高了生产效率和产能，降低了企业生产成本。

技术领域

本发明涉及一种正极复合材料的制备，特别涉及一种镍钴铝三元前驱体的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度大、放电平台高、循环寿命长、无记忆效应等优点，己广泛应用于手机、相机、笔记本电脑等领域，同时也将应用于电动自行车、电动汽车等动力电池领域。

具有层状结构的钴酸锂、镍酸锂、镍钴酸锂、镍钴锰酸锂等是目前研究最多的正极材料。钴酸锂正极材料是最早实现商业化的正极材料，但钴资源有限且价格昂贵，污染大，限制了其进一步的发展。镍酸锂虽然具有很高的放电容量，但由于合成较难而且材料稳定性较差，影响其应用。镍钴酸锂具有较高容量，钴的掺入降低了材料的合成难度，但其循环性能不够理想，如何改变其循环性能是镍钴酸锂应用的一个难点。镍钴锰酸锂正极材料具有性价比高，电性能较好等优势，将有逐步取代钴酸锂的趋势，但如何进一步提高材料的能量密度还有待研究。

近期的研究结果显示，在钴酸锂中掺杂适量的Al³⁺，Al-O键的强度高于Ni-O键和Co-O键，有利于稳定材料的结构；同时Al³⁺的掺杂不仅有利于传导分解电解液所产生的热量，而且降低了材料对电解液的氧化能力，提高了材料的热稳定性。镍钴铝酸锂具有大于180mhA/g的能量密度，由于铝的掺入大大改善了材料结构的稳定性，提高了材料的循环性能，在动力领域将有非常广阔的应用市场。

而镍钴铝酸锂的合成方法，目前主要采用铝离子和镍钴离子一起通过氢氧化钠沉淀。比如中国专利CN101262061A公开了一种锂离子电池用球形掺铝镍钴铝酸锂及其制备方法，采用镍钴铝的金属盐溶液和氢氧化钠反应，形成沉淀合成镍钴铝前驱体。中国专利CN102173465A公开了一种锂离子正极材料镍钴铝酸锂的制备方法，采用镍钴铝的金属盐溶液和沉淀剂沉淀合成镍钴铝前驱体，其中铝盐多为硫酸铝，由于硫酸铝的水解ph值在3.2左右，而选择沉淀的pH值在10～12，这样铝离子一方面很难与镍钴离子形成均相共沉淀，难以达到镍钴铝元素均匀分布的目的，从而导致铝在镍钴铝酸锂材料中分布不均匀，影响材料的电性能，尤其是循环性能。另外一方面，硫酸根离子的大量引入，在后期镍钴铝前驱体中很难去除，需要通过多次大量的水洗、搅拌、沉淀稀释去除，生产时间较长，成本较高。

针对该种情况，中国专利CN 103094546A中公开了一种制备锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂的方法，其采用偏铝酸钠为铝源，与镍钴金属盐水溶液、络合剂、沉淀剂混合，调节反应体系的pH值为9-12，然后保持搅拌、30-80℃下反应20-200小时，得到镍钴铝氢氧化物沉淀。该方法虽然采用偏铝酸钠溶液的形式作为铝源，避免了硫酸根离子的大量引入，但是综合反应较长，从其说所述的具体实施例来看，至少需要40个小时，这对整个企业的生产效率与产能等有着严重的制约。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的发明人在对镍钴铝三元前驱体的研究过程中发现，在合成镍钴铝氢氧化物前驱体的过程中，偏铝酸钠溶液中如果存在过量的氢氧化钠溶液，然后再与络合剂氨水、沉淀剂氢氧化钠混合，调节反应的PH值为11～13之间，可以大幅度降低反应时间，并且最终形成的产物具有较好的性能。

为了实现本发明的技术目的，本发明采用如下技术方案。

一种镍钴铝三元前驱体的制备方法，包括如下步骤：