一種制備鎳鈷鋁酸鋰正極材料的方法及用該方法制備的鎳鈷鋁酸鋰技術

本發(fā)明專利技術提供了一種制備鋰離子電池正極材料鎳鈷鋁酸鋰的方法。該方法通過在NiaCobAl1?a?b(OH)2和氫氧化鋰中加入粘結劑和鎢酸銨，用造粒機制成造粒料再進行燒結，使得物料在燒結前變?yōu)橄嗷ブg有空隙的小顆粒，使其在燒結過程中Ni

A method for preparing nickel cobalt lithium aluminate cathode material and lithium nickel cobalt aluminate prepared by this method

The invention provides a method for preparing lithium nickel cobalt aluminate as cathode material for lithium ion batteries. By adding binder and ammonium tungstate into NiaCobAl1 a B (OH) 2 and lithium hydroxide, the granulator is made by granulator and then sintered, so that the materials become small particles with voids between them before sintering, so that Ni can be sintered in the process of sintering.

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種制備鎳鈷鋁酸鋰正極材料的方法及用該方法制備的鎳鈷鋁酸鋰
本專利技術涉及一種制備鋰離子電池正極材料鎳鈷鋁酸鋰的方法，還涉及使用該方法制備的鋰離子電池正極材料鎳鈷鋁酸鋰。
技術介紹
鋰離子電池作為一種新興的綠色環(huán)保電池，其具有較高的能量密度，循環(huán)性能好，使用壽命長，自放電率低，無記憶效應，高低溫適應性強等優(yōu)點，廣泛應用于數(shù)碼產(chǎn)品，電動自行車，電動汽車等領域，尤其是電動汽車領域。隨著這些新能源產(chǎn)品的快速發(fā)展，對鋰離子電池的性能要求也越來越高。影響鋰離子電池性能的關鍵材料主要有正極材料、負極材料、電解液、隔膜等，其中正極材料在鋰離子電池中起著至關重要的作用。目前市面上的正極材料主要有鈷酸鋰，錳酸鋰，磷酸鐵鋰，鎳鈷錳酸鋰和鎳鈷鋁酸鋰等。但是這幾種正極材料均存在各自的缺陷。現(xiàn)有的三元材料鎳鈷鋁酸鋰，由于其在制備過程中前驅體氫氧化鎳鈷鋁與鋰鹽混合后，混合物粉體質密，粉體內部顆粒間空隙小，導致前驅體與鋰源在燒結過程中物料與氧氣不能充分接觸，Ni2+不能全部氧化為Ni3+，致使制備的鎳鈷鋁酸鋰的比容量低；并且，當鎳鈷鋁酸鋰材料電池充電深度達到一定程度時，Ni3+被氧化為Ni4+，而Ni4+氧化性特別強，容易氧化分解電解液，放出熱量和氣體，造成容量損失，循環(huán)性能下降。
技術實現(xiàn)思路
為了解決上述問題，本專利技術提供了一種制備鎳鈷鋁酸鋰正極材料的方法，包括以下步驟：步驟一、將鎳鈷鋁酸鋰前驅體NiaCobAl1-a-b(OH)2和LiOH按摩爾比為1：0.9混合，得到粉體A；步驟二、將質量為鎳鈷鋁酸鋰前驅體質量0.2～0.3倍的粘結劑與去離子水混合，并加入鎢酸銨，配成粘結劑溶液B；步驟三、先將步驟一所得粉體A投入造粒機中進行第一次混合；然后，將步驟二所得粘結劑溶液B加入到上述第一次混合物中，在造粒機中進行第二次混合，造粒，得到造粒料D；步驟四、將造粒料D在700～800℃氧氣氣氛中燒結10～15小時，得到包覆有含鎢化合物的鎳鈷鋁酸鋰。本專利技術在鎳鈷鋁酸鋰的制備過程中，通過在鎳鈷鋁酸鋰前驅體NiaCobAl1-a-b(OH)2和氫氧化鋰混合物中加入粘結劑和鎢酸銨并充分混合后，將其在造粒機作用下制成造粒料，使得物料在燒結前由原來致密的粉狀變?yōu)樵S多小顆粒狀，各顆粒之間有空隙。這樣在燒結過程中，物料的空隙之間將填充氧氣，使得在燒結過程中Ni2+更好的氧化為Ni3+，從而提高了鎳鈷鋁酸鋰的比容量。并且加入的鎢酸銨在燒結生成鎳鈷鋁酸鋰的過程中，含鎢化合物將包覆在鎳鈷鋁酸鋰的表面形成包覆層。含鎢包覆層不僅具有較好的導電性，而且降低了鎳鈷鋁酸鋰的相面阻抗，改善了循環(huán)性能；同時，由于含鎢包覆層可以有效抑制鎳鈷鋁酸鋰與電池電解液之間的副反應，從而進一步解決了現(xiàn)有的鎳鈷鋁酸鋰在電池充電過程中Ni3+被氧化為Ni4+而造成的電解液氧化分解的問題，從而有效提高了材料的穩(wěn)定性，改善由此產(chǎn)生的循環(huán)性能下降。作為本專利技術制備方法的進一步改進，在所述步驟二中所述鎢酸銨與鎳鈷鋁酸鋰前驅體的質量百分數(shù)為0.4％-3％。采用此配比加入鎢酸銨，可以使制得的鎳鈷鋁酸鋰既可以提高導電性、抑制與電池電解液的副反應，又不會影響正極材料的比容量。作為本專利技術制備方法的優(yōu)選，所述步驟二中所得粘結劑溶液B中粘結劑的質量百分含量為3％～8％。粘結劑溶液B中粘結劑的質量百分含量為3％～8％時，其粘度適中，便于操作，使前驅體與氫氧化鋰的混合物成粒效果更好。作為本專利技術制備方法的進一步改進，所述前驅體所述NiaCobAl1-a-b(OH)2中，0.8≤a<0.9，0<b≤0.1，1-a-b>0。作為本專利技術制備方法的優(yōu)選，所述步驟三第一次混合時造粒機設定的頻率范圍為5～15Hz，混合時間為5～10分鐘；第二次混合時造粒機設定的頻率范圍為20～35Hz，時間為5～10分鐘。這樣可以使混合更加均勻。作為本專利技術制備方法的優(yōu)選，所述粘結劑優(yōu)選為纖維素類粘結劑，比如甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、羥乙基纖維素中的一種或幾種混合物，也可以是與其作用相似的可以將前驅體及鋰鹽粘結的其他粘結劑。這些粘結劑能使前驅體及鋰鹽在燒結前成顆粒狀，從而在顆粒之間形成空隙，有利與反應時氧的滲透，使得反應更充分，制得的鎳鈷鋁酸鋰比容量高。尤其是纖維素類粘結劑，由于其燒結過程中碳化，進而生成為二氧化碳，在最終產(chǎn)物鎳鈷鋁酸鋰中無殘留，不引入影響電性能的其他雜質。本專利技術還提供了使用上述方法制備的鎳鈷鋁酸鋰。具體實施方式下面結合實施例對本專利技術做詳細說明。在此需要說明的是，對于這些實施方式的說明用于幫助理解本專利技術，但并不構成對本專利技術的限定。此外，下面所描述的本專利技術各個實施方式中所涉及的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互結合。另外以下僅為本專利技術的部分實施例，而不是全部實施例，基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。實施例1制備一種鎳鈷鋁酸鋰正極材料的方法，步驟如下：1)稱取鎳鈷鋁酸鋰前驅體NiaCobAl1-a-b(OH)2和LiOH按摩爾比為1：0.9混合到粉體A，其中NiaCobAl1-a-b(OH)2前驅體中a＝0.86，b＝0.10。2)將粘結劑羥丙基甲基纖維素與去離子水混合，其中粘結劑羥丙基甲基纖維素的質量百分含量為8％；然后，稱取鎢酸銨加入混合均勻，其中述鎢酸銨為鎳鈷鋁酸鋰前驅體的質量的0.4％，得到加有鎢酸銨的粘結劑溶液B，所述粘結溶液B中粘結劑羥丙基甲基纖維素的量為鎳鈷鋁酸鋰前驅體的質量0.2倍。3)先將步驟1)所得粉體A投入造粒機中，造粒機頻率設為15Hz,進行第一次混合5分鐘；再將步驟2)所得粘結劑溶液B按，通過蠕動泵打入造粒機中，造粒機頻率設為20Hz,進行第二次混合、造粒，時間10分鐘，得到造粒料D。4)將造粒料D在700℃的條件下，氧氣氛圍中燒結15小時，得到最終產(chǎn)物：包覆有含鎢化合物的LiNi0.86Co0.1Al0.04O2。性能測試測試電池制備和測試：LiNi0.86Co0.1Al0.04O2：石墨：碳黑：PVDF的質量百分比為92：2：3：3，加入適量的N-甲基吡咯烷酮混合后制成漿料，經(jīng)涂布機涂布制成極片，然后與隔膜、鋰片以及電解液組裝成實驗電池，測試電池其充放電容量、循環(huán)性能。性能測試結果：在2.75-4.25V電壓，0.1C電流密度的條件下，其首周充放電比容量分別為，185.3mAh/g，其首次充放電效率為85％，循環(huán)200圈容量保持率為84％。實施例2制備一種鎳鈷鋁酸鋰正極材料，步驟如下：1)稱取鎳鈷鋁酸鋰前驅體和NiaCobAl1-a-b(OH)2和LiOH按摩爾比為1：0.9混合得到粉體A。其中NiaCobAl1-a-b(OH)2前驅體中a＝0.80，b＝0.10。2)將粘結劑羥乙基纖維素與去離子水混合，其中粘結劑羥乙基纖維素的質量百分含量為3％；然后，稱取鎢酸銨加入混合均勻，其中述鎢酸銨為鎳鈷鋁酸鋰前驅體的質量的3％，得到加有鎢酸銨的粘結劑溶液B，所述粘結溶液B中粘結劑羥乙基纖維素的量為鎳鈷鋁酸鋰前驅體質量為0.3倍。3)先將步驟1)所得粉體A投入造粒機中，造粒機頻率設為5Hz,進行第一次混合，時間10分鐘；再將混合物B通過蠕動泵打入造粒機中，造粒機頻率本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
1.一種制備鎳鈷鋁酸鋰正極材料的方法，其特征在于包括以下步驟：步驟一、將鎳鈷鋁酸鋰前驅體NiaCobAl1?a?b(OH)2和LiOH按摩爾比為1：0.9混合，得到粉體A；步驟二、將質量為鎳鈷鋁酸鋰前驅體質量0.2～0.3倍的粘結劑與去離子水混合，并加入鎢酸銨，配成粘結劑溶液B；步驟三、先將步驟一所得粉體A投入造粒機中進行第一次混合；然后，將步驟二所得粘結劑溶液B加入到上述第一次混合物中，在造粒機中進行第二次混合，造粒，得到造粒料D；步驟四、將造粒料D在700～800℃氧氣氣氛中燒結10～15小時，得到包覆含鎢化合物的鎳鈷鋁酸鋰。

【技術特征摘要】
1.一種制備鎳鈷鋁酸鋰正極材料的方法，其特征在于包括以下步驟：步驟一、將鎳鈷鋁酸鋰前驅體NiaCobAl1-a-b(OH)2和LiOH按摩爾比為1：0.9混合，得到粉體A；步驟二、將質量為鎳鈷鋁酸鋰前驅體質量0.2～0.3倍的粘結劑與去離子水混合，并加入鎢酸銨，配成粘結劑溶液B；步驟三、先將步驟一所得粉體A投入造粒機中進行第一次混合；然后，將步驟二所得粘結劑溶液B加入到上述第一次混合物中，在造粒機中進行第二次混合，造粒，得到造粒料D；步驟四、將造粒料D在700～800℃氧氣氣氛中燒結10～15小時，得到包覆含鎢化合物的鎳鈷鋁酸鋰。2.如權利要求1所述的制備鎳鈷鋁酸鋰正極材料的方法，其特征在于，所述步驟二中，所述鎢酸銨與鎳鈷鋁酸鋰前驅體的質量百分數(shù)為0.4％-3％。3.如權利要求1所述的制備鎳鈷鋁酸鋰正極材料的方法，其特征在于，所述步驟二所得粘結劑溶液B中粘結劑的質量百分含量為3％～8％。4.如權利要求1至3之一所述的制備鎳鈷鋁酸鋰正極材料的方法，其特征在于，所述NiaCobAl1-a-b(OH)...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：司豪杰，王瑞慶，蔡碧博，魏玲，張磊，
申請(專利權)人：新鄉(xiāng)天力鋰能股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：河南,41