[发明专利]一种镍钴铝氢氧化物及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种镍钴铝氢氧化物及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将镍源、钴源和铝源与溶剂混合得到三元溶液，将三元溶液、无机强碱溶液和无氨络合剂溶液同时注入搅拌器搅拌，控制pH，三元溶液溶质、无机强碱溶质和无氨络合剂溶质的摩尔比为1:(2～2.2):(0.02～0.13)，得到反应液；(2)对步骤(1)得到的反应液进行离心处理，得到所述镍钴铝氢氧化物，本发明通过严格控制反应液中加料速度和原料浓度进而控制各组分的比例，配合pH的调控和无氨络合剂的选择，可以实现镍钴铝的均匀共沉淀，避免了分开进料导致的元素比例失调问题，且不适用氨水作为螯合剂，对环境友好。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种镍钴铝氢氧化物及其制备方法和应用。

背景技术

随着新能源行业的发展，锂电领域备受关注。作为锂离子电池的核心部件之一，正极材料不断被探索和开发，以LiNiO₂为基础的镍钴锰(NCM)和镍钴铝(NCA)三元材料目前已经得到了广泛的应用。

目前，NCA三元材料可以通过多种方法进行合成，如溶胶-凝胶合成法、溶液燃烧途径、喷雾热解法和共沉淀法等。鉴于共沉淀法可以生产出在原子水平上元素分布均匀、球形形态均匀、高振实的目标材料，共沉淀法是最常用的方法。NCA三元材料是通过制备NiCoAl(OH)₂前驱体，然后进一步混锂烧结得到，在制备NiCoAl(OH)₂前驱体过程中，在典型的共沉淀路线中，将Ni²⁺、Co²⁺和Al³⁺的盐溶液泵入反应器，然后同时以可控的速度向反应器中加入强碱溶液和螯合剂溶液，螯合剂用于减缓反应速度，并帮助形成产物的球形形态。当使用氨水作为螯合剂时，铝几乎不能直接络合，与此同时Al³⁺的氢氧化物Ksp远远小于Ni²⁺和Co²⁺，因此三者很难实现均匀的共沉淀，这也直接影响到产品的品质。

CN103296263A通过先形成铝溶胶把镍钴和铝的沉淀分开，避免了三种元素共沉淀时对前驱体形貌和均一性的影响，但是，铝溶胶的制备增加了反应工序，增加了生产成本，分开进料也容易导致元素比例失调，需要适时调整流量监控。

CN104425815A采用两种以上混合络合剂对铝盐溶液预先进行络合，然后将铝络合溶液、含镍钴溶液和沉淀剂分别以一定的流速加入到反应器进行反应，该专利预先获取铝络合溶液的方式改善了铝离子在水溶液中形成Al(OH)₃明显快于镍钴离子的问题，进而得到元素分散均匀的前驱体材料。然而，多种络合剂的加入以及预先络合方式，增加了操作工序和成本，分开进料同样可能导致比例失调，需要对进料流量进行把控。

上述方案所述方法中，对铝溶液的预先处理增加了操作反应工序和成本，铝和镍钴的分开进料易导致元素比例失调，需要适时调整流量监控；反应过程仍然有氨水作为螯合剂的使用，对环境不友好，也不利于镍钴铝的共沉淀反应。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镍钴铝氢氧化物及其制备方法和应用，本发明通过严格控制反应液中加料速度和原料浓度进而控制各组分的比例，配合pH的调控和无氨络合剂的选择，可以实现镍钴铝的均匀共沉淀，避免了分开进料导致的元素比例失调问题，且不适用氨水作为螯合剂，对环境友好。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种镍钴铝氢氧化物的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将镍源、钴源和铝源与溶剂混合得到三元溶液，将三元溶液、无机强碱溶液和络合剂溶液同时注入搅拌器搅拌，控制pH，控制搅拌器中三元溶液溶质、无机强碱溶液溶质和络合剂溶液溶质的摩尔比为1:(2～2.2):(0.02～0.2)，例如：1:2:0.02、1:2.05:0.08、1:2:0.1、1:2.1:0.12或1:2.2:0.2等，得到反应液；