一种锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种锂电池正极材料的制备方法，尤其涉及镍钴铝酸锂正极材料Li(Ni1^yCoxAly) O2 的制备方法。
[0002]
【背景技术】
[0003]锂离子电池具有能量密度高，循环寿命长，电压平台高，环境污染小等优点，广泛用于手机、笔记本、电动工具等领域。目前商业化的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和镍钴锰酸锂，其中钴酸锂占据近半市场份额，但钴酸锂价格昂贵，限制了其应用。镍酸锂具有与钴酸锂相同的层状结构，资源较丰富，成本低。但镍酸锂合成过程中不易准确控制化学计量比，充放电过程中Ni3+和Ni4+的转变结构稳定性变差，影响循环寿命。研究表明，掺入钴元素可以改善镍酸锂结构稳定性，而掺入铝元素后，可以抑制充放电过程中晶体结构的变化，改善热稳定性，提高循环性能。若同时掺入钴铝元素则可制备出电化学性能良好的镍钴铝酸锂正极材料，比能量高，克容量高，成本较低，具有广泛的应用前景。
[0004]目前工业生产制备镍钴铝酸锂的方法有高温固相法和共沉淀法。高温固相法是将锂源与镍源、钴源、铝源固相混合均匀，高温烧结。该法工艺简单，成本较低。但原料难以混合均匀，晶体形貌不规则等缺点，影响材料性能。共沉淀法可使镍、钴、铝达到原子级别均匀混合，合成的材料形貌规整，粒度分布均匀，容量较高，是目前工业生产镍钴铝酸锂最常用的方法，但现有共沉淀法大量使用氨水络合剂，对环境污染比较严重，污水处理成本较高，近期国家提出“十二五”节能减排计划，对氨氮排放量进行严格要求。
[0005]_
【发明内容】
[0006]本发明针对上述缺点，提供一种共沉淀法制备镍钴铝酸锂方法，该法工艺简单，环境污染小，粒度分布均匀，振实密度大，克容量高。
[0007]本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下:
一种锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂的制备方法，包括:
用去离子水将镍盐、钴盐、铝盐进行溶解，配置成总离子浓度为0.5—3mol/L的混合金属盐溶液；
配置离子浓度在2-10mol/L的碱溶液；
将所述混合金属混合溶液和碱溶液加入到反应釜中，反应、静置、搅拌、过滤，洗涤、干燥得到镍钴铝氢氧化物前驱体；
将所述镍钴铝氢氧化物前驱体与锂源混合，在氧气氛下多段烧结，烧结后经研磨过筛得到镍钴铝酸锂正极材料。
[0008]优选的是，所述混合金属混合溶液和碱溶液加入到反应釜中以后，控制温度30-70 0C，pH值8-12，搅拌速度控制在200_800r/min，反应6_36h，之后静置2_6h。
[0009]优选的是，所述镍盐、钴盐、铝盐分别选用镍、钴、铝的硫酸盐、盐酸盐或硝酸盐中的一种或多种。
[0010]优选的是，所述碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钡溶液中的一种或多种。
[0011]优选的是，所述锂源选择氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂、草酸锂的一种或多种。
[0012]优选的是，所述混合金属盐溶液中，镍、钴、铝摩尔比为(1-x-y):X:y，其中，0.1 ^ X ^ 0.3,0 ^ y ^ 0.15。
[0013]优选的是，所述镍钴铝氢氧化物前驱体与锂源混合之前，用去离子水洗涤至洗涤液 pH ( 8.0。
[0014]优选的是，所述镍钴铝氢氧化物前驱体中的镍钴铝总摩尔数与锂源中的锂摩尔比为 1:1.(Tl.15。
[0015]优选的是，所述在氧气氛下多段烧结分两步，第一步在350_650°C烧结4_12h，第二步在600-950°C下烧结6-24h，且控制升温速率3-10°C /min。
[0016]优选的是，所述混合金属盐溶液中，采取硝酸镍、硝酸钴、硝酸铝按照Ni =Co:Al=0.75:1.5:0.1比例混合，且总金属离子摩尔浓度为2.0moI/L0
[0017]本发明与现有技术相比，有以下优点:
(I)本发明涉及的沉淀过程不适用氨水络合剂，无氨氮污染风险。
[0018](2)工艺简单易控制，显著降低生产成本。
[0019](3)粒度分布均匀，振实密度大，克容量高。
[0020]本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【附图说明】
[0021]下面结合附图对本发明进行详细的描述，以使得本发明的上述优点更加明确。其中，
图1为本发明锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂的制备方法实施例1所制备镍钴铝酸锂充放电曲线。
[0022]
【具体实施方式】
[0023]以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
[0024]具体来说，本发明公开锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂的制备方法，在一个具体的实施例中，其步骤包括:
步骤1:用去离子水将镍盐、钴盐、铝盐进行溶解，配置成总离子浓度为0.5—3mol/L的混合金属盐溶液；
其中，所述镍盐、钴盐、铝盐分别选用镍、钴、铝的硫酸盐、盐酸盐或硝酸盐中的一种或多种，本发明对此不进行限定；
步骤2:配置离子浓度在2-10mol/L的碱溶液；
其中，所述碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钡溶液中的一种或多种，本发明对此不进行限定；
步骤3:将所述混合金属混合溶液和碱溶液加入到反应釜中，反应、静置、搅拌、过滤，洗涤、干燥得到镍钴铝氢氧化物前驱体；
具体来说，所述混合金属混合溶液和碱溶液加入到反应釜中以后，控制温度30-70°C，pH值8-12，搅拌速度控制在200-800r/min，反应6_36h，之后静置2_6h，然后经过搅拌、过滤，洗涤、干燥得到镍钴铝氢氧化物前驱体，最后再用去离子水洗涤镍钴铝氢氧化物前驱体至洗涤液pH彡8.0。
[0025]步骤4:将所述镍钴铝氢氧化物前驱体与锂源混合，在氧气氛下多段烧结，烧结后经研磨过筛得到镍钴铝酸锂正极材料。
[0026]其中，所述锂源选择氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂、草酸锂的一种或多种，对此不进行限定。
[0027]并且，多段烧结分两步，第一步在350-650°C烧结4_12h，第二步在600-950°C下烧结6-24h，且控制升温速率3-10°C /min。
[0028]为了节省原材料的浪费，步骤I中，优选所述混合金属盐溶液中，镍、钴、铝摩尔比为(1-x-y):x:y，其中，0.1 彡 x 彡 0.3，O 彡 y 彡 0.15。
[0029]并且，步骤4中，控制所述镍钴铝氢氧化物前驱体中的镍钴铝总摩尔数与锂源中的锂摩尔比为1:1.(Tl.15。
[0