鎳鈷鋁鋰電池正極材料的制備方法及鋰電池正極材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鎳鈷鋁鋰電池正極材料的制備方法及鎳鈷鋁鋰電池正極材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前商品化鋰離子二次電池主要選用LiCoO2為正極材料，但鈷元素相對貧乏導(dǎo) 致原料成本高，LiNiO2和LiCoO2具有相同的層狀結(jié)構(gòu)并且資源豐富、成本低，無環(huán)境污染， 是一種理想的替代LiCoO2后選材料，但是LiNiO2在合成過程中不易準(zhǔn)確控制化學(xué)計(jì)量比， 充放電過程中Ni3+已轉(zhuǎn)化成Ni4+將嚴(yán)重影響其循環(huán)壽命，熱穩(wěn)定性差，甚至氧化分解電解質(zhì) 帶來安全隱患。研究表明，摻入Co元素可以改善LiNiO2結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，且20%左右的Ni被 Co取代制得的正極材料電性能良好。而摻入Al元素后，可以抑制充放電過程中晶體結(jié)構(gòu)的 變化，改善其熱穩(wěn)定性和耐過充性，大大提高其循環(huán)性能。若同時(shí)引入Co和Al元素制備雙 摻雜的LiNiO2正極材料，則可以制備出具有良好的電性能的正極材料Li(Nia8Coai5Alatl5) O2。
[0003] 現(xiàn)在Li(Nia8Coa15Ala(l5)O2的制備方法主要是采用濕法共沉淀合成前驅(qū)體后和鋰 鹽在干燥空氣氣氛的隧道爐中920°C~950°C燒結(jié)，經(jīng)過破碎過篩后制的成品，但是目前對 于電池高能量密度即材料的高壓實(shí)密度的要求，因此開發(fā)更高壓實(shí)密度的正極材料具有更 廣闊的市場。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提出一種鎳鈷鋁鋰電池正極材料的制備方法、鋰電池正極材料及鋰離子電 池，以提升現(xiàn)有的鎳鈷鋁鋰電池正極材料的制備方法所得到的鎳鈷鋁鋰電池正極材料壓實(shí) 密度低的問題。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種鎳鈷鋁鋰電池正極材料的制備方法，包括以下 步驟：
[0006] 步驟 1 :將（Nia8CoQ. 15A1Q.J(OH) 2 與Li2CO3 兩種材料按M/Li摩爾比 1:1. 02 ~ 1:1. 03 混合均勻，其中M表示（Nia8Coai5Alatl5) (OH)2;
[0007] 步驟2 :將步驟1混合均勻后的（Nia8Coai5Alatl5) (OH)2與Li2CO3材料在爐窯中煅 燒制備出鋰電池正極材料。
[0008] 其中，步驟1中除了包括（Nia8C〇Q. 15A1Q. Q5) (OH) 2與Li2CO3材料外，還包括對 Li(Nia8Coai5Alatl5)O2 -次粒子長大效應(yīng)和一次粒子間致密程度影響的微量摻雜元素
[0009] 其中，所述步驟1中采用的混合方式為球磨處理混合方法、攪拌混合方法或機(jī)械 融合方法。
[0010] 其中，所述步驟 1 中，所述（Nia8Coai5Alatl5) (OH)2 的D50 為 8. 5 ~12 微米，Li2CO3 的D50為5~7微米，DlO彡5微米，D90彡16微米，（Nia8Coai5Alatl5) (OH)2為一次粒子團(tuán) 聚而成的二次粒子形貌，一次粒子的粒徑范圍為〇. 15~0. 5微米。
[0011] 其中，所述步驟2采用的處理方法為將步驟1混合后的物料以2°C~5°C/min的 速度升溫，在300°C~980°C下恒溫?zé)Y(jié)3~10小時(shí)。
[0012]其中，所述摻雜元素為Ti、Mg或其組合，摻混量占到M的摩爾質(zhì)量的1%~2%。
[0013] 另外，本發(fā)明提出了上述鎳鈷鋁鋰電池正極材料的制備方法所制得的鎳鈷鋁鋰電 池正極材料。
[0014] 其中，該鎳鈷鋁鋰電池正極材料的一次粒子晶體直徑尺寸約為1~3微米。
[0015] 其中，該鎳鈷鋁鋰電池正極材料為Li(Nia8Coa15A1Q.Q5)O2。
[0016] 另外，本發(fā)明還提出一種鋰離子電池，采用上述的鎳鈷鋁鋰電池正極材料。
[0017] 采用本發(fā)明所提出的鎳鈷鋁鋰電池正極材料的制備方法所制得的鎳鈷鋁鋰電池 正極材料，相對于現(xiàn)有的濕法共沉淀合成前驅(qū)體后和鋰鹽燒結(jié)方法制備的鎳鈷鋁鋰電池正 極材料，本方案在于：在濕法合成階段采用摻雜元素和主元素一起共沉淀，然后在隧道爐中 進(jìn)行燒結(jié)，其中摻雜元素還具有助燒作用，從而制備出的正極材料具有壓實(shí)密度高、結(jié)構(gòu)牢 固、抗衰減性強(qiáng)、應(yīng)用廣泛。并且，因其具有大晶體的一次粒子，從而減少了正極材料與電解 液接觸的表面積，提高了安全性能。同時(shí)，本發(fā)明的制備方法實(shí)際操作簡單、能耗低、易于工 業(yè)化推廣和生產(chǎn)控制。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明鎳鈷鋁鋰電池正極材料的制備方法的步驟圖；
[0019] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制得的高壓實(shí)密度鋰電池正極材料樣品的SEM圖；
[0020] 圖3為對比例1中制得的鋰電池正極材料樣品放大1000倍的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 本發(fā)明提出一種高容量、高壓實(shí)密度鎳鈷鋁Li(Nia8Coai5Alatl5)O2正極材料的制 備方法，具體為通過對鎳鈷鋁合成工藝的溫度氣氛控制和元素?fù)诫s進(jìn)行鎳鈷鋁材料的制備 方法，為一次粒子增大的鎳鈷鋁正極材料的Li(NiaWocil5Ala%)O2制備方法。采用該方法可 得到一種高容量、高壓實(shí)密度的鎳鈷鋁正極材料Li(Nia8Coai5Alatl5)O2，從而較好的解決了 鎳鈷鋁Li(Nia8Coai5Alatl5)O2應(yīng)用中存在的問題。
[0022] 本發(fā)明提出一種高容量、高壓實(shí)鎳鈷鋁Li(Nia8Coai5Alatl5)O2為正極材料的鋰離 子電池，從而較好的解決了鎳鈷鋁Li(Nia8C〇a15Ala %)O2應(yīng)用中存在的問題。
[0023] 本發(fā)明的較佳技術(shù)方案中，鋰離子電池鎳鈷鋁Li(Nia8Coai5Alatl5)O2正極材料的 制備方法包括以下步驟（見圖1):
[0024] 步驟 1 :將（Nia8CoQ. 15A1Q.J(OH) 2 與Li2CO3 兩種材料按M/Li摩爾比 1:1. 02 ~ 1:1. 03 混合均勻，其中M表示（Nia8Coai5Alatl5) (OH)2 ;
[0025] 步驟2 :將步驟1混合均勻后的（Nia8Coai5Alatl5) (OH)2與Li2CO3材料在爐窯中煅 燒制備出鋰電池正極材料。
[0026] 另外，步驟1中除了包括（Nia8C〇Q. 15A1Q. Q5) (OH) 2與Li2CO3材料外，還包括對 Li(Nia8Coa15Ala(l5)O2 -次粒子長大效應(yīng)和一次粒子間致密程度影響的微量摻雜元素。
[0027] 較佳地，所述摻雜元素為Ti、Mg,摻混量占到M的摩爾質(zhì)量的1%~2%。
[0028] 上述的步驟1中所述材料（Nia8Coai5Alatl5) (OH)2的D50為8. 5~12微米，Li2CO3 的D50為5~7微米，DlO彡5微米，D90彡16微米，（Nia8Coai5Alatl5) (OH)2為一次粒子團(tuán) 聚而成的二次粒子形貌，一次粒子的粒徑范圍為0. 15~0. 5微米。
[0029] 上述的步驟2采用的處理方法為將混合后的物料以2°C~5°C/min的速度升溫， 在300°C~980°C下恒溫?zé)Y(jié)3~10小時(shí)。
[0030] 上述的步驟1中采用的混合方式為球磨處理混合方法、攪拌混合方法或機(jī)械融合 方法。
[0031] 另外，本發(fā)明提出了上述鎳鈷鋁鋰電池正極材料的制備方法所制得的鎳鈷鋁鋰電 池正極材料。該鎳鈷鋁鋰電池正極材料的單晶尺寸為1~3微米。該鎳鈷鋁鋰電池正極材 料