CN104852041B - 镍钴铝锂电池正极材料的制备方法及锂电池正极材料 - Google Patents

镍钴铝锂电池正极材料的制备方法及锂电池正极材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种镍钴铝锂电池正极材料的制备方法及锂电池正极材料，该方法为一种高容量、高压实镍钴铝Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2正极材料的制备方法，具体为一种一次颗粒增大的镍钴铝正极材料的Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2制备方法，包括：步骤1：将前驱体材料(Ni0.8Co0.15Al0.05)(OH)2与Li2CO3两种材料按M/Li按摩尔比1:1.02～1:1.03混合均匀,其中M表示(Ni0.8Co0.15Al0.05)(OH)2及步骤2：将步骤1混合均匀后的(Ni0.8Co0.15Al0.05)(OH)2与Li2CO3材料在炉窑中煅烧制备出锂电池正极材料。本发明利用湿法和火法技术，将镍、钴、铝、掺杂元素等各种元素有序地排列组合起来，形成牢固而功能化的微观结构，促使一次粒子单晶长大，最终得到本发明的产品镍钴铝Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2正极材料。

Description

镍钴铝锂电池正极材料的制备方法及锂电池正极材料
技术领域
本发明涉及一种镍钴铝锂电池正极材料的制备方法及镍钴铝锂电池正极材料。
背景技术
目前商品化锂离子二次电池主要选用LiCoO2为正极材料,但钴元素相对贫乏导致原料成本高，LiNiO2和LiCoO2具有相同的层状结构并且资源丰富、成本低，无环境污染，是一种理想的替代LiCoO2后选材料，但是LiNiO2在合成过程中不易准确控制化学计量比，充放电过程中Ni3+已转化成Ni4+将严重影响其循环寿命，热稳定性差，甚至氧化分解电解质带来安全隐患。研究表明,掺入Co元素可以改善LiNiO2结构的稳定性，且20%左右的Ni被Co取代制得的正极材料电性能良好。而掺入Al元素后，可以抑制充放电过程中晶体结构的变化，改善其热稳定性和耐过充性，大大提高其循环性能。若同时引入Co和Al元素制备双掺杂的LiNiO2正极材料，则可以制备出具有良好的电性能的正极材料Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2。
现在Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2的制备方法主要是采用湿法共沉淀合成前驱体后和锂盐在干燥空气气氛的隧道炉中920℃～950℃烧结，经过破碎过筛后制的成品，但是目前对于电池高能量密度即材料的高压实密度的要求，因此开发更高压实密度的正极材料具有更广阔的市场。
发明内容
本发明提出一种镍钴铝锂电池正极材料的制备方法、锂电池正极材料及锂离子电池，以提升现有的镍钴铝锂电池正极材料的制备方法所得到的镍钴铝锂电池正极材料压实密度低的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种镍钴铝锂电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将(Ni0.8Co0.15Al0.05)(OH)2与Li2CO3两种材料按M/Li摩尔比1:1.02～1:1.03混合均匀，其中M表示(Ni0.8Co0.15Al0.05)(OH)2；
步骤2：将步骤1混合均匀后的(Ni0.8Co0.15Al0.05)(OH)2与Li2CO3材料在炉窑中煅烧制备出锂电池正极材料。
其中，步骤1中除了包括(Ni0.8Co0.15Al0.05)(OH)2与Li2CO3材料外，还包括对Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2一次粒子长大效应和一次粒子间致密程度影响的微量掺杂元素
其中，所述步骤1中采用的混合方式为球磨处理混合方法、搅拌混合方法或机械融合方法。
其中，所述步骤1中，所述(Ni0.8Co0.15Al0.05)(OH)2的D50为8.5～12微米，Li2CO3的D50为5～7微米，D10≥5微米，D90≤16微米，(Ni0.8Co0.15Al0.05)(OH)2为一次粒子团聚而成的二次粒子形貌，一次粒子的粒径范围为0.15～0.5微米。
其中，所述步骤2采用的处理方法为将步骤1混合后的物料以2℃～5℃/min的速度升温，在300℃～980℃下恒温烧结3～10小时。
其中，所述掺杂元素为Ti、Mg或其组合，掺混量占到M的摩尔质量的1%～2%。
另外，本发明提出了上述镍钴铝锂电池正极材料的制备方法所制得的镍钴铝锂电池正极材料。
其中，该镍钴铝锂电池正极材料的一次粒子晶体直径尺寸约为1～3微米。
其中，该镍钴铝锂电池正极材料为Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2。
另外，本发明还提出一种锂离子电池，采用上述的镍钴铝锂电池正极材料。
采用本发明所提出的镍钴铝锂电池正极材料的制备方法所制得的镍钴铝锂电池正极材料，相对于现有的湿法共沉淀合成前驱体后和锂盐烧结方法制备的镍钴铝锂电池正极材料，本方案在于：在湿法合成阶段采用掺杂元素和主元素一起共沉淀，然后在隧道炉中进行烧结，其中掺杂元素还具有助烧作用，从而制备出的正极材料具有压实密度高、结构牢固、抗衰减性强、应用广泛。并且，因其具有大晶体的一次粒子，从而减少了正极材料与电解液接触的表面积，提高了安全性能。同时，本发明的制备方法实际操作简单、能耗低、易于工业化推广和生产控制。
附图说明
图1为本发明镍钴铝锂电池正极材料的制备方法的步骤图；
图2是本发明实施例1制得的高压实密度锂电池正极材料样品的SEM图；
图3为对比例1中制得的锂电池正极材料样品放大1000倍的SEM图。
具体实施方式
本发明提出一种高容量、高压实密度镍钴铝Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2正极材料的制备方法，具体为通过对镍钴铝合成工艺的温度气氛控制和元素掺杂进行镍钴铝材料的制备方法，为一次粒子增大的镍钴铝正极材料的Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2制备方法。采用该方法可得到一种高容量、高压实密度的镍钴铝正极材料Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2，从而较好的解决了镍钴铝Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2应用中存在的问题。
本发明提出一种高容量、高压实镍钴铝Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2为正极材料的锂离子电池，从而较好的解决了镍钴铝Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2应用中存在的问题。
本发明的较佳技术方案中，锂离子电池镍钴铝Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2正极材料的制备方法包括以下步骤(见图1)：
步骤1：将(Ni0.8Co0.15Al0.05)(OH)2与Li2CO3两种材料按M/Li摩尔比1:1.02～1:1.03混合均匀，其中M表示(Ni0.8Co0.15Al0.05)(OH)2；
步骤2：将步骤1混合均匀后的(Ni0.8Co0.15Al0.05)(OH)2与Li2CO3材料在炉窑中煅烧制备出锂电池正极材料。
另外，步骤1中除了包括(Ni0.8Co0.15Al0.05)(OH)2与Li2CO3材料外，还包括对Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2一次粒子长大效应和一次粒子间致密程度影响的微量掺杂元素。
较佳地，所述掺杂元素为Ti、Mg，掺混量占到M的摩尔质量的1%～2%。
上述的步骤1中所述材料(Ni0.8Co0.15Al0.05)(OH)2的D50为8.5～12微米，Li2CO3的D50为5～7微米，D10≥5微米，D90≤16微米，(Ni0.8Co0.15Al0.05)(OH)2为一次粒子团聚而成的二次粒子形貌，一次粒子的粒径范围为0.15～0.5微米。
上述的步骤2采用的处理方法为将混合后的物料以2℃～5℃/min的速度升温，在300℃～980℃下恒温烧结3～10小时。
上述的步骤1中采用的混合方式为球磨处理混合方法、搅拌混合方法或机械融合方法。
另外，本发明提出了上述镍钴铝锂电池正极材料的制备方法所制得的镍钴铝锂电池正极材料。该镍钴铝锂电池正极材料的单晶尺寸为1～3微米。该镍钴铝锂电池正极材料为Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2。
另外，本发明还提出了一种锂离子电池，采用上述的镍钴铝锂电池正极材料。
与现有技术相比，本发明将镍、钴、铝、掺杂元素等各种元素有序地排列组合起来，形成牢固而功能化的微观结构，促使一次粒子晶体长大，使新合成的材料不但性能优越——压实密度高，而且结构牢固——抗衰减性强，少用钴料多用镍——成本低，这些性能都是本发明该创新技术的良好结果。并且，因其具有大晶体的一次粒子，从而减少了正极材料与电解液接触的表面积，提高了安全性能，同时，由于较多地使用了价格低廉的镍来取代价格较高的钴，降低了生产成本，并且本发明的方法实际操作简单、能耗低、易于工业化推广和生产控制。本发明的大晶体一次粒子的Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2锂电正极材料结合了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的高安全性能和LiNi0.8Co0.15Al0.05O2材料的高容量优点，使之兼备高能量体积密度和高安全性，具有压实高、结构牢固、抗衰减性强、成本低、材料加工性能好的特点。
实施例1：
按照M/Li的摩尔比1:1.02的比例称取Ti掺杂量占M1%的镍钴铝(Ni0.8Co0.15Al0.05)(OH)2氢氧化物和Li2CO3，(Ni0.8Co0.15Al0.05)(OH)2的D50为9.6微米，Li2CO3的D50为5.2微米，(Ni0.8Co0.15Al0.05)(OH)2氢氧化物和Li2CO3先在高混机中混合均匀，然后投入窑炉中进行烧结，3℃/min升至950℃，调节烧结过程中气氛、保温12h后随炉冷却，烧结后的物料进行过筛处理，得到本发明中的正极复合材料（见图2）。
将本实施例正极材料、粘结剂PVDF、溶剂NMP和导电剂搅拌均匀后制得正极浆料，将正极浆料均匀涂覆在铝箔的双面，碾压，分切后制得正极片。测试正极片的最大压实密度。采用人造石墨为负极活性材料，CMC为增稠剂，SBR为粘结剂，H2O为溶剂，再加入适量导电剂搅拌均匀后制得负极浆料，将制得的负极浆料均匀涂覆在铜箔的两面，碾压，分切制得负极片。采用常规商用电解液和隔膜，将分切好的正负极片经卷绕、组装、注液及化成后制成18650g钢壳电池测试电性能。
实施例2：
按照M/Li的摩尔比1:1.03的比例称取Mg掺杂量占M2%的镍钴铝(Ni0.8Co0.15Al0.05)(OH)2氢氧化物和Li2CO3，(Ni0.8Co0.15Al0.05)(OH)2的D50为9.6微米，Li2CO3的D50为5.2微米，(Ni0.8Co0.15Al0.05)(OH)2氢氧化物和Li2CO3先在高混机中混合均匀，然后投入窑炉中进行烧结，3℃/min升至950℃，调节烧结过程中气氛、保温12h后随炉冷却，烧结后的物料进行过筛处理，得到本发明中的正极复合材料。
对比例1：
按M/Li的摩尔比1:1.02的比例称取商用镍钴铝(Ni0.8Co0.15Al0.05)(OH)2氢氧化物和Li2CO3放入混料设备中混合，其他过程同实施例1（见图3）。
对比例2：
按M/Li的摩尔比1:1.03的比例称取与对比例1中相同商用材料放入混料设备中混合，其他过程同实施例1。
测试结果见表1。
表1
由表1可以看出，实施例中的高压实密度锂电池正极材料的压实密度明显好于对比例中普通材料的压实密度，压实密度均＞3.65g/cm3。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (4)

1. 一种镍钴铝锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1：将(Ni0.8Co0.15Al0.05)(OH)2与Li2CO3两种材料按M/Li摩尔比1:1.02～1:1.03混合均匀，其中M表示(Ni0.8Co0.15Al0.05)(OH)2；
所述(Ni0.8Co0.15Al0.05)(OH)2的D50为9.6微米，Li2CO3的D50为5.2微米， D10≥5微米，D90≤16微米，(Ni0.8Co0.15Al0.05)(OH)2为一次粒子团聚而成的二次粒子形貌，一次粒子的粒径范围为0.15～0.5微米； 步骤2：将步骤1混合均匀后的(Ni0.8Co0.15Al0.05)(OH)2与Li2CO3材料在炉窑中煅烧制备出锂电池正极材料；步骤1中除了包括(Ni0.8Co0.15Al0.05)(OH)2与Li2CO3材料外，还包括对Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2一次粒子长大效应和一次粒子间致密程度影响的微量掺杂元素；
所述掺杂元素为Ti、Mg或其组合，掺混量占到M的摩尔质量的1%～2%；步骤2采用的处理方法为将步骤1混合后的物料以3℃/min的速度升温，在950℃下烧结。
2.根据权利要求1所述的镍钴铝锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中采用的混合方式为球磨处理混合方法、搅拌混合方法或机械融合方法。
3.权利要求1的镍钴铝锂电池正极材料的制备方法所制得的镍钴铝锂电池正极材料。
4.根据权利要求3所述的镍钴铝锂电池正极材料，其特征在于，该镍钴铝锂电池正极材料的一次粒子晶体直径尺寸为1～3微米。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6970671B2 (ja) * 2016-07-28 2021-11-24 住友化学株式会社 リチウムニッケル複合酸化物の製造方法
CN107689450A (zh) * 2017-04-12 2018-02-13 苏州柏晟纳米材料科技有限公司 一种高镍三元电极材料及其制备方法
CN109244450B (zh) * 2018-10-24 2021-09-03 湖南海利锂电科技股份有限公司 一种用于混掺三元材料的高压实高容量型锰酸锂复合正极材料的制备方法
CN110289415B (zh) * 2019-07-05 2022-07-26 福州大学 一种阴阳离子共掺杂的类单晶三元正极材料及其制备方法
CN110459760B (zh) * 2019-08-20 2022-05-24 湖北融通高科先进材料有限公司 一种制备镍钴锰酸锂单晶三元材料的方法
CN115261988A (zh) * 2021-07-19 2022-11-01 上海华谊（集团）公司 单晶锂镍钴铝氧化物及其用途
KR20240037646A (ko) * 2022-09-15 2024-03-22 에스케이이노베이션 주식회사 리튬 이차 전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101262061A (zh) * 2008-04-14 2008-09-10 天津巴莫科技股份有限公司 锂离子电池用球形掺铝镍钴酸锂及其制备方法
CN103050686A (zh) * 2013-01-24 2013-04-17 湖南桑顿新能源有限公司 一种高密度锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂及其制备方法
CN103066257A (zh) * 2012-12-03 2013-04-24 国光电器股份有限公司 一种锂离子电池正极材料用的锂镍钴铝氧化物的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101262061A (zh) * 2008-04-14 2008-09-10 天津巴莫科技股份有限公司 锂离子电池用球形掺铝镍钴酸锂及其制备方法
CN103066257A (zh) * 2012-12-03 2013-04-24 国光电器股份有限公司 一种锂离子电池正极材料用的锂镍钴铝氧化物的制备方法
CN103050686A (zh) * 2013-01-24 2013-04-17 湖南桑顿新能源有限公司 一种高密度锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂及其制备方法

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