一种锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]锂离子电池比能量密度、循环寿命长、安全性能好和性价比高等显著的优点，已被广泛应用到手机、笔记本电脑等数码产品及电动汽车、电动自行车等领域。随着科学技术的进步，对锂离子电池的高能量密度、高安全性和长循环寿命提出更高的要求。目前商用的正极材料钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂及常规的镍钴锰三元材料均存在一定的缺陷，不能同时满足上述要求。而镍钴铝酸锂正极材料有比上述正极材料容量高的多的特性，通过对其合成方法、掺杂改性等方面进行
适当的处理，改善其循环性能和安全性能，有望使锂镍钴铝氧正极材料成为市场主导的锂离子电池正极材料。
[0003]层状正极材料常用的制备方法固相法和溶胶凝胶法。固相法得到产物组分不精确、所需煅烧温度较高，且产物形貌不容易控制，不利于通过合成来控制产物电化学性能；溶胶凝胶法虽能达到原料原子级别混合，但形成凝胶和烘干时间较长，导致合成周期较长，同时前驱体与产物体积变化较大，不利于生产设计。所以，探寻一种简便、快捷制备具有高比容量、高倍率性能、优秀循环能力且适合商业化生产的层状正极材料方法，具有重要意义。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂的制备方法，该制备方法工艺简单，对生产设备要求低、制备的产品形貌可控且电化学性能优异。
[0005]本发明的另一目的在于提供一种锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂，该锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂均匀度较好，充放电比容量高，循环性能和倍率性能优良，具有良好的电化学性能。
[0006]本发明的目的通过下述技术方案实现:一种锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂的制备方法，包括如下步骤:
A、前驱体制备:
Al、用去离子水将镍盐、钴盐、铝盐和锂盐进行溶解，配制成总离子浓度为0.01-5mol/L的混合金属盐溶液；
A2、将8-羟基喹啉溶于有机醇溶液中，配制成摩尔浓度为0.01-5mol/L的8-羟基喹啉溶液；
A3、搅拌状态下，将混合金属盐溶液和8-羟基喹啉溶液进行混合，搅拌1-1Oh后，得到混合溶液； A4、将得到的混合溶液加热搅拌，蒸发溶剂，制得前驱体；
B、目标广物制备:
将前驱体进行预烧结处理，冷却后研磨，然后再进行高温烧结处理，冷却后得到锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂。
[0007]优选的，所述步骤A3中，混合金属盐溶液和8-羟基喹啉溶液混合有三种方式:将混合金属盐溶液放入反应容器内，再加入8-羟基喹啉溶液；或者，将8-羟基喹啉溶液置于反应容器内，再加入混合金属盐溶液；或者，将8-羟基喹啉溶液和混合金属盐溶液同时滴入反应容器内。
[0008]优选的，所述步骤Al中，镍盐包括醋酸镍、硝酸镍、氯化镍和硫酸镍中的至少一种。
[0009]优选的，所述步骤Al中，钴盐包括醋酸钴、硝酸钴、氯化钴和硫酸钴中的至少一种。
[0010]优选的，所述步骤Al中，铝盐包括醋酸铝、硝酸铝、氯化铝和硫酸铝中的至少一种。
[0011]优选的，所述步骤Al中，锂盐包括醋酸锂、硝酸锂、氯化锂和硫酸锂中的至少一种。
[0012]优选的，所述步骤A2中，有机醇溶液包括甲醇、乙醇、丙醇和丁醇中的至少一种。
[0013]所述步骤A4中，加热温度为50-100°C，加热采用油浴装置、水浴装置、沙浴装置或磁力加热搅拌装置。
[0014]优选的，所述步骤B中，预烧结的温度为250-500°C，时间为0.5_9h。
[0015]优选的，所述步骤B中，高温烧结的温度为700-1000°C，时间为2_24h。
[0016]—种根据上述所述的制备方法制得的锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂，所述锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂的化学式为:LiNixCoyAlz02，其中，0〈x〈l，0〈y〈l，0〈z ^ 0.1，x+y+z=l0
[0017]本发明的有益效果在于:本发明的制备方法通过采用Ni2+、Co2+、A13+和Li+几种金属离子与8-羟基喹啉螯合形成难溶物，使得前驱体中各元素的含量和配比能够比较精确地受到控制，非常有利于提高材料的结构稳定性和充放电比容量。
[0018]本发明的制备方法通过采用直接将锂源与Ni2+、Co2+、A13+盐共同沉淀，且采用直接蒸发溶剂法，节省了工艺，缩短了合成周期，有利于批量化生产。
[0019]本发明的制备方法工艺简单，对生产设备要求低、制备的产品形貌可控且电化学性能优异。
[0020]本发明的锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂均匀度较好，充放电比容量高，循环性能和倍率性能优良，具有良好的电化学性能。采用本发明的锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂制得的锂离子电池在2.6-4.3V，20mA/g电流密度下首次放电比容量达到182.3mAh/g，经过50次循环放电比容量维持在168.5mAh/g。
【附图说明】
[0021]
图1是本发明制得的锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂的首次充放电性能图。
[0022]图2是本发明制得的锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂的循环性能曲线图。
【具体实施方式】
[0023]
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例及附图1-2对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
[0024]实施例1
一种锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂的制备方法，包括如下步骤:
A、前驱体制备:
Al、用去离子水10mL将醋酸镍、醋酸钴、醋酸铝和醋酸锂按金属离子摩尔比0.8:0.15:0.05:1进行溶解，配制成总离子浓度为0.2mol/L的混合金属盐溶液；
A2、将8-羟基喹啉溶于乙醇中，配制成摩尔浓度为lmol/L的8-羟基喹啉溶液；
A3、搅拌状态下，将混合金属盐溶液和8-羟基喹啉溶液进行混合，搅拌2h后，得到混合溶液；
A4、将得到的混合溶液加热搅拌，蒸发溶剂，制得前驱体；
B、目标广物制备:
将前驱体进行预烧结处理，冷却后研磨，然后再进行高温烧结处理，冷却后得到锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂。
[0025]所述步骤A3中，将混合金属盐溶液放入反应容器内，再加入8-羟基喹啉溶液。
[0026]所述步骤A4中，加热温度为80°C，加热采用水浴装置。
[0027]所述步骤B中，预烧结的温度为300 0C，时间为6h。
[0028]所述步骤B中，高温烧结的温度为900 0C，时间为12h。
[0029]—种根据上述所述的制备方法制得的锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂，所述锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂的化学式为:LiN1.8Co0.15A10.0502。
[0030]从图1-2可以看出，采用本发明的锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂制得的锂离子电池在2.6-4.3V，20mA/g电流密度下首次放电比容量达到182.3mAh/g，经过50次循环放电比容量维持在168.5mAh/g。
[0031]实施例2
一种锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂的制备方法，包括如下步骤:
A、前驱体制备:
Al、用去离子水10mL将硝酸镍、硝酸钴、硝酸铝和硝酸锂按金属离子摩尔比0.8:
0.15:0.05:1进行溶解，配制成总离子浓度为0.01mol/L的混合金属盐溶液；
A2、将8-羟基喹啉溶于甲醇中，配制成摩尔浓度为0.01mol/L的8-羟基喹啉溶液；
A3、搅拌状态下，将混合金属盐溶液和8-羟基喹啉溶液进行混合，搅拌Ih后，得到混合溶液；
A4、将得到的混合溶液加热搅拌，蒸发溶剂，制得前驱体；
B、目标广物制备:
将前驱体进行预烧结处理，冷却后研磨，然后再进行高温烧结处理，冷却后得到锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂。
[0032]所述步骤A3中，将8-羟基喹啉溶液置于反应容器内，再加入混合金属盐溶液。
[0033]所述步骤A4中，加热温度为50°C，加热采用油浴装置。
[0034]所述步骤B中，预烧结的温度为250 °C，时间为9h。
[0035]所述步骤B中，高温烧结的温度为700 0C，时间为24h。
[0036]—种根据上述所述的制备方法制得的锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂，所述锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂的化学式为:LiN1.8Co0.15A10.0502。
[0037]实施例3
一种锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂的制备方法，包括如下步骤:
A、前驱体制备:
Al、用去离子水10mL将氯