一种基于铝浓度呈正态分布制备球型锂电池正极材料镍钴铝酸锂的方法

文档序号:9632789阅读:423来源:国知局
一种基于铝浓度呈正态分布制备球型锂电池正极材料镍钴铝酸锂的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于侣浓度呈正态分布制备球型裡电池正极材料儀钻侣酸裡的 方法。
【背景技术】
[0002] 上个世纪,日本索尼公司裡电池的成功的研发,带动了裡电池行业的发展。裡电池 的质量轻,比容量大,无记忆效应等优点,使其广泛的应用在各种电子便携设备和电动车当 中。随着社会的发展,人们对裡电池的需求增大的同时,也提出了新的要求:安全性好、循环 性能强、质量体积小。裡电池也因此更新换代依次经过了憐酸铁裡、钻酸裡、儀酸裡,=元材 料正是当前研究的热点和重点。=元材料特别是儀钻侣酸裡材料(简称NCA),是目前工业 化中比容量最高的=元材料。它降低了钻元素的比例,使生产成本降低,同时在保留儀酸裡 较高的容量,又降低了容量的衰减,提高了循环性能。儀钻酸侣裡目前制备的方法包括固相 烧结法、共沉淀法和热分解法等。共沉淀法较为成熟,其中采用氨氧化钢作为沉降剂,由于 氨氧化侣的沉降速度远高于氨氧化儀钻元素,=者很难实现共沉淀。针对运一问题,许多专 利提出儀钻-侣核壳结构的模型,预期实现侣元素对儀钻沉淀壳体的包覆,但是由于侣元 素沉淀的速度较快,容易自成球体,很难实现在核表面的均匀包覆。通过PH控制氨氧化侣 的水解速度,形成了一种侣浓度为正态分布的结构的儀钻酸侣裡材料,在沉淀的初期,儀钻 成核的度小,晶核较多,此时需要的侣浓度较少,随着沉降速度的进行,晶核生长速度加快, 运样需要侣元素的浓度较高,在沉淀后期,晶核生长速度较慢,侣的浓度也较低,侣浓度的 梯度变化符合了晶核的生长规律,能够形成特殊结构的球体,较大提高了正极材料的克容 量和循环性能。

【发明内容】

[0003] 儀钻侣酸裡正极材料的制备核屯、技术在于儀、钻、侣共沉淀。由于侣的沉降的速度 要远大于儀、钻沉淀。选择四径基合侣酸根作为侣源,依靠四径基合侣酸根缓慢的水解反应 形成氨氧化侣沉淀,完成与儀、钻盐的共沉淀。通过PH控制氨氧化侣的水解速度,形成了一 种侣浓度为正态分布的结构的儀钻酸侣裡材料,能够形成特殊结构的球体;同时采用有机 小分子介质代替水,依靠热运动在有机介质中完成分子程度的混料均匀,制备克容量高和 循环性能好,粒度分布均匀的的LiNiyCOyAli y y〇2正极材料。
[0004] 本发明的实验通过下述技术方案实现: 一种基于侣浓度呈正态分布制备球型裡电池正极材料儀钻侣酸裡的方法,其特征在 于,制备步骤如下: (1)四径基合侣酸根离子液:配制浓度比为1 :4的侣离子水溶液与氨氧根水溶液;将 侣离子水溶液作为底液,通过控制碱的流速,在转速为30化/min揽拌直至生成氨氧化侣胶 体;在氨氧化侣胶体中继续滴加强碱,将转速改为2(K)r/min,直至胶体溶解,转移溶液抽虑 去除杂质制得四径基合侣酸根离子液; (2) 球型儀钻侣前躯体制备:将可溶性的儀、钻盐按照摩尔量配比,配制成一定浓度 的水溶液,加入既定配比的四径基合侣酸根离子液;在40-60°C水浴条件下,向底液滴入 5mol/L的氨水,控制PH为9后停止滴加氨水;滴加四径基合侣酸根离子液、儀钻盐金属溶 液和5mol/L的氨水,用氨氧化钢溶液调节PH ;陈化5-12小时,50-80°C蒸馈水洗涂、干燥, 过筛得到儀钻酸侣裡氨氧化物前驱体; (3) 有机介质混料:将儀钻侣酸裡氨氧化物前驱体与0. 4256-0. 4773配比的裡源手动 揽拌混料均匀,在初步混料后低速加热电动揽拌,保证溫度在50-70°C,滴入有机介质直至 料样低粘稠状,使粉料在介质中混料均匀,达到分子的融合;当料样表面干燥后停止揽拌, 取料在350-700°C下,在氧化性气氛中保溫20-30小时,在干燥室破碎、过筛制得儀钻侣酸 裡正极材料。 阳0化]步骤(2)所述的用氨氧化钢溶液调节PH,按照四个小时为一个PH变化周期,共经 历六个周期,PH由8-11,对应侣的水解速度先增大后降低,对应侣的浓度先增大后降低,呈 现正态分布,其变化区间:〇-4小时,PH为8 ;4-8小时,PH为8. 5 ;8-12小时,PH为9 ;8-12 小时,PH 为 9. 5 ; 12-16 小时,PH 为 10 ; 16-20 小时,PH 为 10. 5 ;20-24 小时,PH 为 11。
[0006] 步骤(3)中所述的混料介质为3-甲基-1-下醇,其用量为10-50% ; 步骤(1)中所述的碱的流速优先选择5g/min ; 步骤(2)中所述的儀钻盐金属溶液流速优先选择10. 6g/min ; 步骤(2)中所述的氨水的滴加速度优先选择39滴/min。
[0007] 步骤(3)中所述的干燥室的湿度20-39%。
[0008] 本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果:能够解决儀钻-侣核壳结构的结 构不均匀性,能够形成侣浓度为正态分布的球体结构,与裡源实现分子程度上的混合,较大 程度提高了材料的容量和循环性。
【附图说明】
[0009] 图1是实施例1得到的儀钻侣酸裡的扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0010] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限 于此。
[0011] 实施例1 (1) 用万分之一天平准确称量可溶性侣盐与可溶性强碱,按照摩尔比例1 :4,配制等浓 度的水溶液2mol/L。将2mol/L的可溶性侣盐溶液作为底液,通过流量计控制强碱的流速 5g/min,在3(K)r/min条件下揽拌直至出现氨氧化侣胶体,此时强碱的用量为总量的四分之 S ;在20化/min低速揽拌下,向氨氧化侣胶体中继续滴加剩余的强碱直至胶体全部转为澄 清溶液,制得4mol/L四径基合侣酸根离子液20升; (2) 球型儀钻侣前躯体制备:将可溶性的儀、钻盐按照摩尔量配比为80 :15,配制成一 定浓度的水溶液,加入既定配比稀释(儀钻侣的比例为80 :15 :5)四径基合侣酸根溶液;在 60°C水浴条件下,向60升的反应蓋中加入化底液,滴入5mol/L的氨水,控制PH为9 ;在PH 稳定在9,同时滴加四径基合侣酸根离子液、儀钻盐金属溶液、氨水和4mol/L的氨氧化钢溶 液,流速依次为:5g/min、10. 6g/min、39滴/min,控制转速为500r/min (用氨氧化钢溶液调 节PH)保证:0-4小时,PH为8 ;4-8小时,PH为8. 5 ;8-12小时,PH为9 ;8-12小时,PH为 9. 5 ;12-16 小时,PH 为 10 ;16-20 小时,PH 为 10. 5 ;20-24 小时,PH 为 11,陈化 12 小时,60°C 蒸馈水洗涂至PH为8,干燥、过筛得到儀钻酸侣裡氨氧化物前驱体; (3)有机介质混料:将儀钻酸侣裡氨氧化物前驱体与0. 4357配比的碳酸裡混合手动揽 拌混料,加入30%的3-甲基-1-下醇直至料样低粘稠状,在2(K)r/min低速加热电动揽拌; 当料样表面干燥后停止揽拌,按照升溫速率2°C /min,在马弗炉中,按照烧结曲线35(TC (保 溫2小时)~500°C (保溫12小时)~700°C (保溫20小时),氧气流量为0.化/min,在湿度 20-39%的干燥室破碎,过300目筛,得到儀钻
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