[发明专利]一种锂离子电池镍钴铝正极材料的合成方法

说明书

本发明提供一种锂离子电池镍钴铝正极材料的合成方法，本发明先通过溶剂热方法合成Ni‑Co二元前驱体，再与Al源和Li源经高温烧结得到NCA正极材料。一方面，本方法成功避免了传统共沉淀合成过程中难已控制Ni²⁺、Co²⁺、Al³⁺共沉淀的工艺瓶颈。另一方面，由于Ni‑Co二元前驱体的合成是采用溶剂热方法，合成的NCA正极材料展现出更致密的一次颗粒，更精细的颗粒尺寸和均匀的Al元素分布，因此表现出优异的高温性能，更好地满足了动力电池的需求。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其是指一种锂离子电池镍钴铝正极材料的合成方法。

背景技术

近年来，由于锂离子电池能量密度高、工作电压高、循环性能和安全性能好、无污染等优点，被广泛应用于电子产品、移动电源、电动汽车以及储能领域。随着新能源汽车的迅速发展，高镍三元NCA正极材料由于其较高的可逆容量和能量密度受到了广泛的关注。目前，共沉淀法是NCA正极材料的主要合成途径。首先通过共沉淀法合成NCA前驱体，然后通过前驱体的高温锂化得到NCA正极材料。然而，由于Ni(OH)₂，Co(OH)₂和Al(OH)₃溶度积相差较大，导致实现Ni²⁺、Co²⁺、Al³⁺完全共沉淀的工艺条件苛刻，产品稳定性较差，且合成的NCA前驱体颗粒球形度较差，尺寸不均匀，这些问题严重阻碍了NCA的大规模应用。

为了解决上述问题，目前提出的改进方法是：首先通过共沉淀法合成Ni-Co二元前驱体，然后将Ni-Co前驱体与Al源和Li源充分混合经高温烧结得到NCA正极材料。此方法较好地避免了Ni²⁺、Co²⁺、Al³⁺ 难以共沉淀问题，然而通过此方法制备的NCA材料存在由于Al的不均匀扩散导致的富Al表面惰性层，从而恶化NCA正极材料的电化学性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种锂离子电池镍钴铝正极材料的合成方法。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种锂离子电池镍钴铝正极材料的合成方法，包括以下步骤：

1）按照Ni/Co物质的量比例，将一定量的Ni的化合物和Co的化合物加入并溶解于有机溶剂中；

2）将步骤1）所得的溶液转移到高压釜中，再将高压釜加热至一定温度，保温一定时间，使反应完全发生，反应完全后自然冷却至室温，收集固体样品，并用无水乙醇多次冲洗直至冲洗液澄清，真空干燥箱中干燥后得到Ni-Co二元的正极材料前驱体；

3）将一定量上述二元前驱体、Al源和Li源进行充分混合，放入管式炉中，在通入纯氧环境下，进行高温烧结得到三元镍钴铝正极材料LiNi_xCo_yAl_1-x-yO₂（0x, y1）。

所述Ni的化合物为Ni(NO₃)₂、(CH₃COO)₂Ni、NiCl₂的一种或几种。

所述Co的化合物为Co(NO₃)₂、(CH₃COO)₂Co、CoCl₂的一种或几种。

所述有机溶剂为乙醇、乙二醇等一种或几种。

所述步骤2）的一定温度为100-200 °C。

所述步骤2）的一定时间为10-48 h。

所述Al源为Al(NO₃)₃、(CH₃COO)₃Al、AlCl₃的一种或几种。