一种制备电池材料前驱体镍钴铝的方法与流程

本发明涉及一种电池材料，尤其涉及一种制备电池材料前驱体镍钴铝的方法。

背景技术：

目前，市场上应用最广泛的锂离子正极材料是LiCoO2，其综合性能比较优良，但实际可逆容量较低(140 m Ah•g^-1) ，价格较贵。这大大限制了其应用范围，使其只能主要应用于3C数码产品，无法大规模在蓬勃发展的新能源汽车领域使用。已经在新能源汽车领域使用的磷酸铁锂，由于其工作电压和比容量很低，无法满足新能源汽车对于高能量密度的要求。

比容量更高的LiNiO2具有与LiCoO2十分相似的层状结构，其理论容量LiCoO2几乎相同,而实际可逆容量比LiCoO2高、且价格便宜、对环境污染小，缺点是材料合成困难，循环性能较差，综合性能尚不能满足商品化锂离子电池的要求。近来的研究发现，以Co和Al取代LiNiO2中的部分Ni，合成出的LiNi1-x-yCoxAlyO2(0 < x < l、0<y <1) 也具有与LiCoO2和LiNiO2十分相似的层状结构，兼有LiCoO2和LiNiO2的优点，即比容量高、循环性能好、合成容易、成本较低。因此，对于LiNi1-x-yCoxAlyO2 的研究受到了人们的高度重视，该材料被认为是有可能取代LiCoO2和LiFePO4的新一代锂离子电池正极材料。目前，LiNi1-x-yCoxAlyO2的制备方法主要有固相合成和液相合成。

固相法合成一般是以镍、钴和铝的化合物和锂源化合物进行混合烧结，但这种固体混料方式不能达到原子级别的均匀，性能难以充分发挥，传统的液相法虽然可以解决此问题，但工艺复杂、性能较差、产量较低。 由于Al(OH)3的Ksp=1.3×10^-33与Co(OH)2的Ksp=1.6×10^-15、Ni(OH)2的Ksp=2.0×10^-15相差很大，造成了在镍钴铝元素进行共沉淀反应时，铝离子的沉淀速度要明显快于镍钴离子，从而易形成胶体或由超细纳米絮粒团聚而成的絮球，这严重影响了合成出的镍钴铝前驱体的结晶度，进而降低了材料的物化性能。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种生产出来的颗粒均匀，分散性好，工艺简单，产量高的制备电池材料前驱体镍钴铝的方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种制备电池材料前驱体镍钴铝的方法，包括以下步骤1）将镍盐、钴盐和偏铝酸盐配制成合成溶液，其中金属含量比例为Al：CO=1:1-1:3，Al：Ni=1:8-1:9；2）在反应釜中加入底液、络合剂和沉淀剂，所述络合剂包括氨水，所述沉淀剂为可溶性氢氧化物；3）将配制好的合成溶液与络合剂、沉淀剂一起并流加入反应釜中，反应过程中控制PH值为9-12，反应温度为70-100摄氏度；反应经过48-96h后可得到镍钴铝氢氧化物前驱体，并将得到的前驱体固液分离、洗涤并且烘干。

上述的制备电池材料前驱体镍钴铝的方法，优选的，所述络合剂为氨水；所述底液为水。

上述的制备电池材料前驱体镍钴铝的方法，优选的，所述沉淀剂为氢氧化钠、氢氧化钾的一种或两种的混合溶液。

上述的制备电池材料前驱体镍钴铝的方法，优选的，所述烘干的温度为100摄氏度。

在本发明中，镍盐为硫酸镍、氯化镍或者硝酸镍；钴盐为硫酸钴、氯化钴或者硝酸钴；偏铝盐为偏铝酸钠或者偏铝酸钾。因镍、钴、铝的沉淀常数相差极大，且铝与氨几乎不络合，因此在合成反应中极难实现均匀共沉淀。铝离子与碱液生成的沉淀产物氢氧化铝具有两性，在沉淀反应pH较高下会溶解为偏铝酸钠，导致反应颗粒无法长大，呈浆糊状。本法采用偏铝酸盐能有效避免上述情况。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明制备电池材料前驱体镍钴铝的方法生产出来的镍钴铝前驱体颗粒均匀，分散性好。

附图说明

图1为实施例1制备出来的前驱体的结构示意图。

图2为实施例2制备出来的前驱体的结构示意图。

图3为实施例3制备出来的前驱体的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

实施例1

反应釜中加入底液，底液为水、络合剂为氨水、沉淀剂为氢氧化钠，络合剂的浓度为5g/L，底液的pH值为9.5，反应温度为75℃，将配制好的镍钴铝混合液（混合液中镍钴铝比例为8:1:1）与络合剂、沉淀剂一起并流加入反应釜中，反应过程控制pH值为9.5±0.05，反应经过72h后可得到粒径分布均匀的的镍钴铝氢氧化物前驱体，将所述前驱体固液分离、洗涤后）在烘箱中100℃烘干。平均粒度为9.5μm。

图1为本实施例制作出来的前驱体的电镜扫描图，从图中可以看出前驱体的颗粒均匀，分散性好。

实施例2

反应釜中加入底液，底液为水、络合剂为氨水、沉淀剂为氢氧化钠，络合剂的浓度为12g/L，底液的pH值为12，反应温度为90℃，将配制好的镍钴铝混合液（混合液中镍钴比例为8:1:1）与络合剂、沉淀剂一起并流加入釜中，反应过程控制pH值为11.8±0.05，反应经过70h后可得到粒径分布均匀的的镍钴铝氢氧化物前驱体，将所述前驱体固液分离、洗涤后）在烘箱中100℃烘干。平均粒度为3.3μm。

图2为本实施例制作出来的前驱体的电镜扫描图，从图中可以看出前驱体的颗粒均匀，分散性好。

实施例3

反应釜中加入底液，底液为水、络合剂为氨水、沉淀剂为氢氧化钠，络合剂的浓度为8g/L，底液的pH值为11.5，反应温度为80℃，将配制好的镍钴铝混合液（混合液中镍钴比例为8:1:1）与络合剂、沉淀剂一起并流加入釜中，反应过程控制pH值为11.5±0.05，反应经过70h后可得到粒径分布均匀的的镍钴铝氢氧化物前驱体，将所述前驱体固液分离、洗涤后）在烘箱中100℃烘干。平均粒度为6.5μm。

图3为本实施例制作出来的前驱体的电镜扫描图，从图中可以看出前驱体的颗粒均匀，分散性好。