本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种爆炸法合成nca电池材料的方法。
背景技术：
锂离子电池具有电压高、能量密度大、循环寿命长，工作温度范围宽、无污染等优点，使其在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面具有广阔的应用前景，特别是在化石能源日益昂贵、环境污染日趋严重的形势下，锂离子电池作为一种绿色高能电池，成为近几年的研究热点。
正极材料是锂离子电池的重要组成部分，高镍基锂镍钴氧二元材料(linixco1-xo2)是一种极具吸引力的高容量电池正极材料，尤其是在动力电池领域，linixco1-xo2二元材料无论是在比能量还是功率特性方面均为理想的正极材料。然而，由于linixco1-xo2二元材料的结构稳定性存在不足，尤其是在过充和高温状态下存在安全性问题，导致其实用化进程严重受阻。为提高其热安全性能，通常在linixco1-xo2二元材料中掺铝，形成镍钴铝酸锂三元正极材料(即nca材料)，不仅提高了二元材料的结构稳定性，而且提高了热安全性能，制成的锂离子蓄电池还具有很高的可逆比容量(0.5c，180rnah/g以上)和良好的循环稳定性能，但是，该方法合成难度大、工艺要求复杂、稳定性差，难以实现nca正极材料的大规模商业化生产。
技术实现要素：
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种工艺流程简单、生产效率高的爆炸法合成nca电池材料的方法。所述制备方法合成的nca电池材料的粒径为50-100nm，镍、钴、铝三种元素的摩尔比例为8:1.5:0.5。
本发明所采用的技术方案为：
一种爆炸法合成nca电池材料的方法，包括如下步骤：
(1)分别取镍源、钴源和铝源并控制镍源、钴源和铝源的质量比为0.732-0.789:0.132-0.148:0.063-0.078，充分混合均匀，加入去离子水，混合均匀后得到混合溶液；
(2)向所述混合溶液中加入密度平衡调节物，制得前驱体溶液；
(3)将步骤(2)所述前驱体溶液进行加热浓缩，冷却，得浓缩液，向所述浓缩液中加入引爆剂制得混合炸药；
(4)将步骤(3)所述混合炸药进行引爆，爆炸反应完成后，收集产生的爆炸灰，依次经过筛、分离、干燥、焙烧处理，即得所述nca电池材料。
所述镍源为六水硝酸镍和/或氧化高镍，所述钴源为六水硝酸钴和/或六水氯化亚钴，所述铝源为九水硝酸铝。
步骤(1)中，加入去离子水的质量与镍源、钴源和铝源三者的总质量之比0.5-0.67:0.5-0.33。
步骤(2)中，所述密度平衡调节物为偶氮化合物、磺酰肼类化合物、亚硝基化合物中的一种或几种的混合物。
步骤(2)中，所述密度平衡调节物的添加量占混合溶液质量的3％-10％。
步骤(3)中，进行所述浓缩至体积为原来体积的2/3。
步骤(3)中，所述引爆剂为c3h6o6n6、c5h8o12n4、c7h5o8n5、c7h5o6n3、c6h3o7n3中的一种或几种的混合物。
所述引爆剂的添加质量占浓缩液质量的1％-5％。
所述过筛的粒径为150-250目。
步骤(4)中，进行所述干燥的温度为80-120℃，进行所述干燥的时间为0.5-2h，进行所述焙烧的温度为700-800℃，进行所述焙烧的时间为1-3h。
本发明的有益效果为：
本发明所述的爆炸法合成nca电池材料的方法，通过先向镍源、钴源和铝源加水制得混合溶液，再加入密度平衡调节物制得前驱体溶液，前驱体溶液加热去水、冷却后加入引爆剂制得混合炸药，引爆后收集爆炸灰，经过筛、分离、干燥、焙烧处理，制备得到物相均匀、纳米级别、颗粒间分散性好、产品热化学性质稳定的nca电池材料；数据显示，所述nca电池材料的粒径为50-100nm，含镍、钴、铝三种元素的摩尔比例为8:1.5:0.5，适合作为锂电池正极材料。本发明所述爆炸合成法，工艺流程简单，生产效率高，可实现规模化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本实施例提供一种爆炸法合成nca电池材料的方法，包括如下步骤：
(1)分别取0.732g六水硝酸镍，0.132g六水硝酸钴和0.063g九水硝酸铝，充分混合均匀，加入0.927g去离子水，混合均匀得到混合溶液；
(2)向所述混合溶液中加入0.028g的偶氮二甲酰胺，制得前驱体溶液；
(3)将步骤(2)所述前驱体溶液进行加热至100℃，蒸发浓缩至体积为原来体积的三分之二，冷却，加入0.093g的c3h6o6n6，制得密度(为1.8g/cm3的混合炸药；所述混合炸药的性能指数如下：qv(kj/kg)＝4024，t(℃)＝3007，vd(m/s)＝5284，pcj(gpa)＝8.60，v(l/kg)＝747.26；
(4)将步骤(3)所述混合炸药悬挂在特定的爆炸装置中，装置的容积为14.14m3，装置为厚度为5mm、半径为3m、体积为14.14立方米的钢制圆桶，其内壁贴有陶瓷，陶瓷外还贴有擦拭干净的绝缘橡胶；使用时，将制成的混合炸药药包，插上8号工业电雷管一发，然后将其悬挂固定在钢制圆桶高度的二分之一到三分之二处，连接好导线，将钢制圆桶的各个进出口封好和收集口阀门关好，通过发爆器，将带有少量引爆剂的混合炸药进行引爆，爆炸反应完成后，等爆炸灰沉淀完毕，利用排气孔排除废气，收集产生的爆炸灰，先过150目筛，再将所得样品用差速离心机进一步分离，80℃干燥2h，700℃焙烧处理3h，即得所述nca电池材料。
用x射线荧光分析(xpfs)，从每种元素的x射线荧光谱线在其特征波长值对应的峰值强度来定量测出合成的镍钴铝纳米复合氧化物粉末(nca电池材料)中元素的含量，经检测，nca电池正极材料含镍、钴、铝三种元素的摩尔比例为8:1.5:0.5。
实施例2
本实施例提供一种爆炸法合成nca电池材料的方法，包括如下步骤：
(1)分别取0.741g六水硝酸镍，0.138g六水硝酸钴和0.072g九水硝酸铝，充分混合均匀，加入1.236g去离子水，混合均匀得到混合溶液；
(2)向所述混合溶液中加入0.038g的氧化双苯磺酰肼，制得前驱体溶液；
(3)将步骤(2)所述前驱体溶液进行加热至100℃，蒸发浓缩至体积为原来体积的三分之二，冷却，加入0.012g的c5h8o12n4，制得密度为2.5g/cm3的混合炸药；所述混合炸药的性能指数如下：qv(kj/kg)＝4024，t(℃)＝3007，vd(m/s)＝5284，pcj(gpa)＝8.60，v(l/kg)＝747.26；
(4)将步骤(3)所述混合炸药悬挂在特定的爆炸装置中，装置的容积为14.14m3，装置为厚度为5mm、半径为3m、体积为14.14立方米的钢制圆桶，其内壁贴有陶瓷，陶瓷外还贴有擦拭干净的绝缘橡胶；使用时，将制成的混合炸药药包，插上8号工业电雷管一发，然后将其悬挂固定在钢制圆桶高度的二分之一到三分之二处，连接好导线，将钢制圆桶的各个进出口封好和收集口阀门关好，通过发爆器，将带有少量引爆剂的混合炸药进行引爆，爆炸反应完成后，等爆炸灰沉淀完毕，利用排气孔排除废气，收集产生的爆炸灰，先过250目筛，再将所得样品用差速离心机进一步分离，120℃干燥0.5h，800℃焙烧处理1h，即得所述nca电池材料。
经检测，nca电池正极材料含镍、钴、铝三种元素的摩尔比例为8:1.5:0.5。
实施例3
本实施例提供一种爆炸法合成nca电池材料的方法，包括如下步骤：
(1)分别取0.789g氧化高镍，0.148g六水氯化亚钴和0.078g九水硝酸铝，充分混合均匀，加入1.726g去离子水，混合均匀得到混合溶液；
(2)向所述混合溶液中加入0.036g的偶氮二甲酰胺和氧化双苯磺酰肼按照质量比1:1组成的混合物，制得前驱体溶液；
(3)将步骤(2)所述前驱体溶液进行加热至100℃，蒸发浓缩至体积为原来体积的三分之二，冷却，加入0.018g的c7h5o6n3，制得密度为1.0g/cm3的混合炸药；所述混合炸药的性能指数如下：qv(kj/kg)＝4024，t(℃)＝3007，vd(m/s)＝5284，pcj(gpa)＝8.60，v(l/kg)＝747.26；
(4)将步骤(3)所述混合炸药悬挂在特定的爆炸装置中，装置的容积为14.14m3，装置为厚度为5mm、半径为3m、体积为14.14立方米的钢制圆桶，其内壁贴有陶瓷，陶瓷外还贴有擦拭干净的绝缘橡胶；使用时，将制成的混合炸药药包，插上8号工业电雷管一发，然后将其悬挂固定在钢制圆桶高度的二分之一到三分之二处，连接好导线，将钢制圆桶的各个进出口封好和收集口阀门关好，通过发爆器，将带有少量引爆剂的混合炸药进行引爆，爆炸反应完成后，等爆炸灰沉淀完毕，利用排气孔排除废气，收集产生的爆炸灰，先过200目筛，再将所得样品用差速离心机进一步分离，100℃干燥1.2h，750℃焙烧处理2h，即得所述nca电池材料。
经检测，nca电池正极材料含镍、钴、铝三种元素的摩尔比例为8:1.5:0.5。
实施例4
本实施例提供一种爆炸法合成nca电池材料的方法，包括如下步骤：
(1)分别取0.781g六水硝酸镍，0.144g六水硝酸钴和0.078g九水硝酸铝，充分混合均匀，加入1.404g去离子水，混合均匀得到混合溶液；
(2)向所述混合溶液中加入0.039g的n'-二亚硝基五甲基四胺，制得前驱体溶液；
(3)将步骤(2)所述前驱体溶液进行加热至100℃，蒸发浓缩至体积为原来体积的三分之二，冷却，加入0.014g的c6h3o7n3，制得密度为1.0g/cm3的混合炸药；所述混合炸药的性能指数如下：qv(kj/kg)＝4024，t(℃)＝3007，vd(m/s)＝5284，pcj(gpa)＝8.60，v(l/kg)＝747.26；
(4)将步骤(3)所述混合炸药悬挂在特定的爆炸装置中，装置的容积为14.14m3，装置为厚度为5mm、半径为3m、体积为14.14立方米的钢制圆桶，其内壁贴有陶瓷，陶瓷外还贴有擦拭干净的绝缘橡胶；使用时，将制成的混合炸药药包，插上8号工业电雷管一发，然后将其悬挂固定在钢制圆桶高度的二分之一到三分之二处，连接好导线，将钢制圆桶的各个进出口封好和收集口阀门关好，通过发爆器，将带有少量引爆剂的混合炸药进行引爆，爆炸反应完成后，等爆炸灰沉淀完毕，利用排气孔排除废气，收集产生的爆炸灰，先过200目筛，再将所得样品用差速离心机进一步分离，100℃干燥1.2h，780℃焙烧处理1.5h，即得所述nca电池材料。
经检测，nca电池正极材料含镍、钴、铝三种元素的摩尔比例为8:1.5:0.5。
实施例5
本实施例提供一种爆炸法合成nca电池材料的方法，包括如下步骤：
(1)分别取0.783g六水硝酸镍，0.135g六水硝酸钴和0.071g九水硝酸铝，充分混合均匀，加入1.187g去离子水，混合均匀得到混合溶液；
(2)向所述混合溶液中加入0.034g的偶氮二甲酰胺和n'-二亚硝基五甲基四胺按照质量比1:1组成的混合物，制得前驱体溶液；
(3)将步骤(2)所述前驱体溶液进行加热至100℃蒸发浓缩至体积为原来的三分之二，冷却，加入0.025g的c6h3o7n3，制得密度为1.0g/cm3的混合炸药；所述混合炸药的性能指数如下：qv(kj/kg)＝4024，t(℃)＝3007，vd(m/s)＝5284，pcj(gpa)＝8.60，v(l/kg)＝747.26；
(4)将步骤(3)所述混合炸药悬挂在特定的爆炸装置中，装置的容积为14.14m3，装置为厚度为5mm、半径为3m、体积为14.14立方米的钢制圆桶，其内壁贴有陶瓷，陶瓷外还贴有擦拭干净的绝缘橡胶；使用时，将制成的混合炸药药包，插上8号工业电雷管一发，然后将其悬挂固定在钢制圆桶高度的二分之一到三分之二处，连接好导线，将钢制圆桶的各个进出口封好和收集口阀门关好，通过发爆器，将带有少量引爆剂的混合炸药进行引爆，爆炸反应完成后，等爆炸灰沉淀完毕，利用排气孔排除废气，收集产生的爆炸灰，先过200目筛，再将所得样品用差速离心机进一步分离，100℃干燥1.5h，720℃焙烧处理2.5h，即得所述nca电池材料。
经检测，nca电池正极材料含镍、钴、铝三种元素的摩尔比例为8:1.5:0.5。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。