ES2989241A2 - Precursor de material de electrodo positivo dopado con aluminio, método para prepararlo y uso del mismo - Google Patents

Precursor de material de electrodo positivo dopado con aluminio, método para prepararlo y uso del mismo Download PDF

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Abstract

Se da a conocer un precursor de material de electrodo positivo dopado con aluminio, un método para preparar el mismo y su uso. El método comprende: añadir una solución mixta de sales de níquel, cobalto y calcio, una primera solución alcalina a base de aluminio, agua de amoniaco y una solución de hidróxido de sodio a una solución base para reaccionar; realizar la separación sólido-líquido para obtener una torta de filtración; sumergir la torta de filtración en una segunda solución alcalina a base de aluminio; realizar la separación sólido-líquido para obtener un material sólido; calcinar el material sólido; y sumergir el material calcinado en agua para obtener el precursor de material de electrodo positivo dopado con aluminio. De acuerdo con la presente solicitud, el precursor consigue la coprecipitación de níquel, cobalto y aluminio. Bajo la acción de la decloración posterior, la eliminación del calcio y la deshidratación, se forma gradualmente un material poroso que tiene una baja densidad de toma, lo que facilita la difusión de una fuente de litio durante el proceso posterior de sinterización con la fuente de litio para preparar un material de electrodo positivo.

Description

DESCRIPCIÓN
Precursor de material de electrodo positivo dopado con aluminio, método para prepararlo y uso del mismo
Campo Técnico
La presente divulgación pertenece al campo técnico de las baterías de iones de litio (LIBs), y en particular se refiere a un precursor de material de cátodo dopado con aluminio, y a un método de preparación y un uso del mismo.
Antecedentes
Las LIB se utilizan ampliamente debido a sus ventajas, como su destacado rendimiento cíclico, su gran capacidad, su bajo precio, su cómodo uso, su seguridad y su respeto por el medio ambiente. Con la creciente demanda del mercado de baterías de alto rendimiento (como alta densidad de energía) y la continua popularización de vehículos eléctricos, la demanda del mercado de materiales de cátodo de baterías ha presentado una tendencia de crecimiento rápido. Los materiales ternarios para cátodos son los más potenciales y prometedores entre los actuales materiales para cátodos producidos en serie debido a sus características, como su alta densidad energética, su coste relativamente bajo y su excelente rendimiento en ciclos. Por lo tanto, es urgente mejorar el rendimiento de los precursores ternarios.
Existen muchos métodos para preparar un precursor. En la actualidad, el método de síntesis por coprecipitación es el más utilizado, en el que una solución de materia prima, una solución de agente precipitante y una solución de agente complejante se introducen simultáneamente en un reactor bajo un gas protector para obtener un precursor multielemento, como un precursor binario y un precursor ternario.
El dopaje con Al puede estabilizar la estructura en capas de un material para mejorar la vida cíclica y la estabilidad térmica del material. La estructura en capas de un material NCA es relativamente estable en comparación con otros materiales, pero aun así el material sufrirá cambios y pérdida de capacidad durante un proceso de carga-descarga debido a la reducción del espaciado entre capas O-Ni-O durante la transición de fase. En concreto, muchos materiales NCA preparados actualmente tienen una alta densidad de tomas y una estructura interna compacta, y son propensos a sufrir cambios de volumen desiguales durante un proceso de carga-descarga, lo que provoca una pérdida de capacidad irreversible de los materiales.
En la actualidad, el aluminato de níquel-cobalto y litio se prepara principalmente mediante un método de coprecipitación de una o varias etapas con una sal inorgánica de aluminio y una sal inorgánica de níquel-cobalto como fuentes metálicas y un álcali inorgánico (hidróxido de sodio o agua de amoniaco) como agente precipitante.
En la técnica relacionada se divulga un método de preparación de un precursor ternario de níquel-cobalto-aluminio, en donde se permite que un lingote de aluminio reaccione con un exceso de hidróxido de sodio para preparar una solución de metaaluminato de sodio y, a continuación, se añaden la solución de metaaluminato de sodio, una solución acuosa de sal de níquel-cobalto, un agente complejante y un agente precipitante a un reactor para permitir una reacción que permita obtener un hidróxido de níquel-cobalto-aluminio.
Dado que los iones de aluminio básicamente no forman complejos con el amoniaco, y que la constante del producto de solubilidad del hidróxido de aluminio es de 1,9 x10-33, que es mucho menor que la del hidróxido de níquel y el hidróxido de cobalto, el hidróxido de aluminio puede nuclearse fácilmente de forma independiente para generar un precipitado gelatinoso blanco con un tamaño de partícula muy pequeño, lo que hace que el precipitado global tenga una amplia gama de tamaños de partícula y da lugar a una precipitación desigual y una morfología pobre. Como resultado, los procesos de sinterización para preparar materiales catódicos ternarios NCA no pueden ser rutinarios y unificados, y es necesario adoptar diferentes procesos de sinterización para diferentes lotes de producción, lo que afecta a la estabilidad de la calidad y a la eficiencia de la producción.
Breve Descripción de la Invención
A continuación, se resumen los temas descritos en detalle en la presente divulgación. El presente resumen no pretende limitar el ámbito de protección de las reivindicaciones.
La presente divulgación proporciona un precursor de material catódico dopado con aluminio, y un método de preparación y uso del mismo. El material precursor tiene una baja densidad de toma y partículas relativamente sueltas, lo que facilita la sinterización con una fuente de litio.
Según un aspecto de la presente divulgación, se proporciona un precursor de material catódico dopado con aluminio, donde el precursor de material catódico dopado con aluminio tiene una fórmula química de NixCoyAlzOx+y+<1>.<5>z, donde 0,85 < x < 0,98, 0 < y < 0,15, y 0 < z < 0.15; el precursor de material catódico dopado con aluminio es una partícula esférica o esferoidal, y la partícula tiene una porosidad de 0,05 cm3/g a 0,2 cm3/g; y el precursor de material catódico dopado con aluminio tiene un tamaño de partícula D50 de 8,0 pm a 20,0 pm, una superficie específica (SSA) de 18 m2/g a 35 m2/g, y una densidad de toma de 1,4 g/cm3 a 1,8 g/cm3.
En algunas realizaciones de la presente divulgación, un índice de esfericidad 0 de las partículas puede ser de 1,0 a 1,3, donde 0 = Dc/Di, Di representa un radio de círculo inscrito máximo de la partícula, y Dc representa un radio de círculo circunscrito mínimo de la misma partícula.
La presente divulgación también proporciona un método de preparación del precursor de material catódico dopado con aluminio descrito anteriormente, que incluye los siguientes pasos:
S1: disolución de una sal de aluminio en una solución de hidróxido de sodio para preparar una primera solución alcalina que contenga aluminio;
S2: alimentar simultáneamente una solución mixta de sales de níquel, cobalto y calcio, la primera solución alcalina que contiene aluminio, agua de amoniaco y una solución de hidróxido de sodio en una solución base para permitir una reacción, y controlar una temperatura, un pH y una concentración de amoniaco de un sistema de reacción resultante; y cuando un tamaño de partícula de un producto de reacción alcanza un valor objetivo, detener la alimentación y llevar a cabo la separación sólido-líquido (SLS) para obtener una torta de filtración;
S3: remojar la torta de filtración en una segunda solución alcalina que contenga aluminio y llevar a cabo la SLS para obtener un material sólido; y
S4: someter el material sólido a calcinación para obtener un material calcinado, sumergir el material calcinado en agua y realizar el SLS para obtener el precursor de material catódico dopado con aluminio.
En algunas realizaciones de la presente divulgación, en S1, la solución de hidróxido sódico puede tener una concentración de 1 mol/L a 2 mol/L, y una concentración molar de Al en la primera solución alcalina que contiene aluminio puede ser de 0,1 mol/L a 0,8 mol/L. En función de la proporción de níquel/cobalto/aluminio en el producto de destino, se fija una proporción de caudal de la solución mixta de níquel, cobalto y sales de calcio con respecto a la primera solución alcalina que contiene aluminio.
En algunas realizaciones de la presente divulgación, en S2, una masa molar de iones de calcio en la solución de sales mixtas de níquel, cobalto y calcio puede ser 2 ± 0,1 veces la masa molar de iones de aluminio en la sal de aluminio.
En algunas realizaciones de la presente divulgación, en S2, una concentración molar total de iones de níquel, cobalto y calcio en la solución mixta de sales de níquel, cobalto y calcio puede ser de 1,0 mol/L a 2,5 mol/L.
En algunas realizaciones de la presente divulgación, la solución de sales mixtas de níquel, cobalto y calcio puede prepararse a partir de sales solubles de níquel, cobalto y calcio, y las sales solubles de níquel, cobalto y calcio pueden ser cada una al menos una seleccionada del grupo que consiste en un nitrato y un cloruro; y la sal de aluminio puede ser al menos una seleccionada del grupo que consiste en un nitrato y un cloruro.
En algunas realizaciones de la presente divulgación, en S2, la solución base puede ser una mezcla de hidróxido de sodio y agua de amoniaco, y la solución base puede tener un pH de 12,0 a 14,0 y una concentración de amoniaco de 2,0 g/L a 5,0 g/L.
En algunas realizaciones de la presente divulgación, en S2, la reacción puede llevarse a cabo a una temperatura de 45°C a 65°C, un pH de 10,8 a 11,5, y una concentración de amoníaco de 2,0 g/L a 5,0 g/L.
En algunas realizaciones de la presente divulgación, en S2, el agua amoniacal puede tener una concentración de 6,0 mol/L a 12,0 mol/L.
En algunas realizaciones de la presente divulgación, en S3, el remojo puede llevarse a cabo durante 1 h a 2 h.
En algunas realizaciones de la presente divulgación, en S3, una concentración de Al en la segunda solución alcalina que contiene aluminio puede ser de 0,1 mol/L a 0,8 mol/L.
En algunas realizaciones de la presente divulgación, en S4, el remojo puede llevarse a cabo durante 1 h a 2 h.
En algunas modalidades de la presente divulgación, en S4, la calcinación puede realizarse a 580 °C a 650 °C durante 1 h a 4 h.
En algunas realizaciones de la presente divulgación, en S4, la proporción líquido-sólido del agua respecto al material calcinado puede ser de (5,000-15,000) L/t.
En algunas realizaciones de la presente divulgación, en S4, cuando el material calcinado se empapa en agua, se puede añadir cloruro de amonio para ajustar un pH de 6 a 7 y, a continuación, el material calcinado se lava con agua. La adición de cloruro de amonio puede reducir el consumo de agua.
La presente divulgación también proporciona un uso del precursor de material catódico dopado con aluminio descrito anteriormente en una LIB.
Según una modalidad preferida de la presente divulgación, la presente divulgación tiene al menos los siguientes efectos beneficiosos:
1. En la presente divulgación, para evitar que el hidróxido de aluminio se nuclea de forma independiente para causar una precipitación desigual cuando se prepara un precursor de NCA mediante coprecipitación, una solución mixta de níquel, cobalto y sales de calcio y una solución alcalina que contiene aluminio se someten a coprecipitación mediante un método de precipitación salina de Friedel para generar un coprecipitado de níquel-cobalto-calcioaluminio, a continuación se eliminan los iones de cloruro o los iones de nitrato del material sólido con una solución alcalina que contenga aluminio, y después se calcina y deshidrata el material sólido y se sumerge en agua pura para eliminar los iones de calcio y obtener finalmente un precursor de óxido de níquel-cobalto-aluminio.
Las ecuaciones de reacción para la coprecipitación son las siguientes:
Ni12++2OH-=Ni(OH)2l
Co2++2OH-=Co(OH)<2>l
4OH-+4Ca2++2[Al(OH)<4>]-+2C|-=Ca<4>Al<2>Cl<2>(OH)i<2>l
Una ecuación de reacción para el remojo en la solución alcalina que contiene aluminio es la siguiente:
3Ca<4>Al<2>Cl<2>(OH)<12>+2[Al(OH)<4>]-+4OH-=4Ca<3>Al<2>(OH)<12>+6Cl-
Una ecuación de reacción para la calcinación es la siguiente:
Ca<3>Al<2>(OH)<12>=3CaO+Al<2>O<3>+6H<2>O
Una ecuación de reacción para el remojo en el agua pura es la siguiente:
CaO+H2O=Ca(OH)2
2. El material precursor de NCA preparado mediante esta solución realiza la coprecipitación de níquel, cobalto y aluminio, y mediante la adopción de la decloración, descalcificación y deshidratación posteriores, se forma gradualmente un material con estructura porosa que tiene una densidad de toma baja, y es beneficioso para la difusión de una fuente de litio cuando se realiza la sinterización con la fuente de litio posteriormente para preparar un material de cátodo.
3. Debido a la coprecipitación de calcio y aluminio, la esfericidad de las partículas del material obtenido ha mejorado mucho, es decir, la partícula del material tiene una forma esférica relativamente regular, lo que mejora la densidad de grifo del material.
Otros aspectos pueden comprenderse tras la lectura y comprensión de los dibujos y la descripción detallada.
Breve descripción de los dibujos
Los dibujos pretenden proporcionar una mayor comprensión de la solución técnica aquí expuesta y forman parte de la Especificación, junto con las realizaciones de la presente divulgación, para explicar la solución técnica aquí expuesta y no constituyen una limitación de la solución técnica de la presente divulgación. La presente divulgación se describe más adelante con referencia a los dibujos y ejemplos que la acompañan.
La FIGURA 1 es una imagen de microscopía electrónica de barrido (SEM) del material precursor NCA preparado en el Ejemplo 1 de la presente divulgación.
Descripción Detallada
Los conceptos y efectos técnicos de la presente divulgación se describen de manera clara y completa a continuación junto con modalidades ejemplares, a fin de que los objetivos, las características y los efectos de la presente divulgación puedan entenderse plenamente. Aparentemente, los ejemplos descritos son simplemente algunos en lugar de todos los ejemplos de la presente divulgación. Todos los demás ejemplos obtenidos por personas expertas en la técnica basados en los ejemplos de la presente divulgación sin esfuerzos creativos deberían estar comprendidos en el ámbito de protección de la presente divulgación.
Ejemplo 1
En este ejemplo se preparó un precursor de material catódico dopado con aluminio, incluyendo los siguientes pasos:
(1) De acuerdo con una relación molar requerida de níquel, cobalto, aluminio y calcio, a saber, 0,85:0,1:0,05:0,1, se adoptaron respectivamente cloruros de níquel, cobalto, aluminio y calcio como materias primas para preparar primero una solución mixta de sales de níquel, cobalto y calcio en la que una concentración molar total de iones metálicos era de 2,5 mol/L;
(2) se preparó una solución de hidróxido de sodio con una concentración de 1,5 mol/L, y el cloruro de aluminio del paso (1) se disolvió en la solución de hidróxido de sodio para preparar una solución alcalina que contenía aluminio en la que la concentración molar de Al era de 0,12 mol/L;
(3) como agente complejante se preparó agua de amoniaco con una concentración de 12,0 mol/L;
(4) se añadió una solución base a un reactor hasta que se sumergió una paleta agitadora situada en el fondo, donde la solución base era una mezcla de hidróxido de sodio y agua de amoniaco, y tenía un pH de 14,0 y una concentración de amoniaco de 5,0 g/L;
(5) la solución mixta de sales de níquel, cobalto y calcio preparada en el paso (1), la solución alcalina que contiene aluminio preparada en el paso (2), el agua de amoniaco preparada en el paso (3) y una solución de hidróxido de sodio se introdujeron simultáneamente en el reactor para permitir una reacción a una temperatura de 65°C, un pH de 11,5 y una concentración de amoniaco de 5,0 g/L;
(6) cuando se detectó que la D50 de un material resultante en el reactor alcanzaba los 20,0 gm, se detuvo la alimentación;
(7) el material del reactor se sometió a SLS para obtener una torta de filtración;
(8) la torta de filtración se empapó durante 2 h en una solución alcalina que contenía aluminio con una concentración molar de Al de 0,8 mol/L y, a continuación, se realizó un SLS para obtener un material sólido;
(9) el material sólido se calcinó a 650°C durante 4 h para obtener un material calcinado;
(10) el material calcinado se empapó en agua pura durante 2 h con una relación agua pura/material calcinado de 1,0000 L/t, y a continuación se llevó a cabo el SLS para obtener un material húmedo; y
(11) el material húmedo se secó, se tamizó y se desmagnetizó para obtener el material precursor NCA.
El precursor tenía una fórmula química de Ni<0>.<85>Co<0>.<1>Al<0>.<05>O<1>.<025>, y presentaba una morfología de partículas esféricas o esferoidales, que tenían una porosidad de 0,05 cm3/g, una D50 de 20,0 gm, una SSA de 21 m2/g, una densidad de toma de 1,7 g/cm3, y un índice de esfericidad 0 de 1,05.
El índice de esfericidad se determinó mediante un método de análisis de esfericidad Image-Pro Plus (IPP). Con el software IPP, se seleccionaron varias partículas objetivo en una imagen SEM, se determinaron el radio máximo del círculo inscrito Di y el radio mínimo del círculo circunscrito Dc para las partículas en la imagen bidimensional (2D), y se calculó el índice de esfericidad 0 mediante Dc/Di.
Ejemplo 2
En este ejemplo se preparó un precursor de material catódico dopado con aluminio, y un proceso de preparación específico fue el siguiente:
(1) de acuerdo con una relación molar requerida de níquel, cobalto, aluminio y calcio, a saber, 0,9:0,05:0,05:0,1, se adoptaron respectivamente cloruros de níquel, cobalto, aluminio y calcio como materias primas para preparar primero una solución mixta de sales de níquel, cobalto y calcio en la que una concentración molar total de iones metálicos era de 1,5 mol/L;
(2) se preparó una solución de hidróxido de sodio con una concentración de 1,0 mol/L, y el cloruro de aluminio del paso (1) se disolvió en la solución de hidróxido de sodio para preparar una solución alcalina que contenía aluminio en la que la concentración molar de Al era de 0,14 mol/L;
(3) como agente complejante se preparó agua de amoniaco con una concentración de 9,0 mol/L;
(4) se añadió una solución base a un reactor hasta sumergir una paleta de agitación inferior, donde la solución base era una mezcla de hidróxido de sodio y agua de amoniaco, y tenía un pH de 13,0 y una concentración de amoniaco de 3,5 g/L;
(5) la solución mixta de sales de níquel, cobalto y calcio preparada en el paso (1), la solución alcalina que contiene aluminio preparada en el paso (2), el agua de amoniaco preparada en el paso (3) y una solución de hidróxido de sodio se introdujeron simultáneamente en el reactor para permitir una reacción a una temperatura de 55°C, un pH de 11,2 y una concentración de amoniaco de 3,5 g/L;
(6) cuando se detectó que la D50 de un material resultante en el reactor alcanzaba los 14,0 pm, se detuvo la alimentación;
(7) el material del reactor se sometió a SLS para obtener una torta de filtración;
(8) la torta de filtración se dejó en remojo durante 1,5 h en una solución alcalina que contenía aluminio con una concentración molar de Al de 0,4 mol/L y, a continuación, se llevó a cabo el SLS para obtener un material sólido;
(9) el material sólido se calcinó a 620°C durante 2 h para obtener un material calcinado;
(10) el material calcinado se empapó en una pequeña cantidad de agua pura, se añadió cloruro de amonio para ajustar un pH a 6,5, a continuación el material calcinado se lavó con agua pura en una proporción de agua pura/material calcinado de 5,000 L/t, y se realizó un SLS para obtener un material húmedo; y
(11) el material húmedo se secó, se tamizó y se desmagnetizó para obtener el material precursor NCA.
El precursor tenía una fórmula química de Ni0.9Co0.05Al0.05O1.025, y presentaba una morfología de partículas esféricas o esferoidales, que tenían una porosidad de 0,1 cm<3>/g, una D50 de 14,0 pm, una SSA de 28m<2>/g, una densidad de toma de 1,6 g/cm<3>, y un índice de esfericidad 0 de 1,22.
Ejemplo 3
En este ejemplo se preparó un precursor de material catódico dopado con aluminio, y un proceso de preparación específico fue el siguiente:
(1) de acuerdo con una relación molar requerida de níquel, cobalto, aluminio y calcio, a saber, 0,95:0,03:0,02:0,04, se adoptaron respectivamente nitratos de níquel, cobalto, aluminio y calcio como materias primas para preparar una solución mixta de sales de níquel, cobalto y calcio en la que una concentración molar total de iones metálicos era de 1,0 mol/L;
(2) se preparó una solución de hidróxido de sodio con una concentración de 2,0 mol/L, y el nitrato de aluminio de la etapa (1) se disolvió en la solución de hidróxido de sodio para preparar una solución alcalina que contenía aluminio en la que la concentración molar de Al era de 0,1 mol/L;
(3) como agente complejante se preparó agua de amoniaco con una concentración de 6,0 mol/L;
(4) se añadió una solución base a un reactor hasta sumergir una paleta de agitación inferior, donde la solución base era una mezcla de hidróxido de sodio y agua de amoniaco, y tenía un pH de 12,0 y una concentración de amoniaco de 2,0 g/L;
(5) la solución mixta de sales de níquel, cobalto y calcio preparada en el paso (1), la solución alcalina que contiene aluminio preparada en el paso (2), el agua de amoniaco preparada en el paso (3) y una solución de hidróxido de sodio se introdujeron simultáneamente en el reactor para permitir una reacción a una temperatura de 45°C, un pH de 10,8 y una concentración de amoniaco de 2,0 g/L;
(6) cuando se detectó que la D50 de un material resultante en el reactor alcanzaba los 8,0 gm, se detuvo la alimentación;
(7) el material del reactor se sometió a SLS para obtener una torta de filtración;
(8) la torta de filtración se empapó durante 1 h en una solución alcalina que contenía aluminio con una concentración molar de Al de 0,1 mol/L y, a continuación, se realizó un SLS para obtener un material sólido;
(9) el material sólido se calcinó a 580°C durante 1 h para obtener un material calcinado;
(10) el material calcinado se empapó en agua pura durante 1 h con una relación agua pura/material calcinado de 1,5000 L/t, y a continuación se llevó a cabo el SLS para obtener un material húmedo; y
(11) el material húmedo se secó, se tamizó y se desmagnetizó para obtener el material precursor NCA.
El precursor tenía una fórmula química de Ni0.95Co0.03Al0.02O1.01, y presentaba una morfología de partículas esféricas o esferoidales, que tenían una porosidad de 0,14 cm3/g, una D50 de 8,0 gm, una SSA de 31 m2/g, una densidad de toma de 1,47 g/cm3, y un índice de esfericidad 0 de 1,16.
Ejemplo de prueba
Los materiales precursores obtenidos en los Ejemplos 1 a 3 se mezclaron a fondo con hidróxido de litio según una relación molar de litio a un total de níquel, cobalto y aluminio de 1,8:1, y la mezcla resultante se calcinó a 800°C durante 12 h en una atmósfera de oxígeno para obtener el material catódico correspondiente.
El material de cátodo obtenido anteriormente se utilizó para ensamblar una pila de botón, y la pila se sometió a una prueba de rendimiento electroquímico. En concreto, con N-metilpirrolidona (NMP) como disolvente, se mezclaron minuciosamente un material activo catódico, negro de acetileno y fluoruro de polivinilideno (PVDF) en una proporción de masa de 8:1 1, se recubrieron sobre una lámina de aluminio, se secaron por soplado a 80°C durante 8 h y, a continuación, se secaron al vacío a 120°C durante 12 h; y se montó una batería en una guantera protegida con argón, con una lámina de litio como electrodo negativo, una membrana de polipropileno (PP) como separador y 1 M LiPF6-EC/DMC (1:1, v/v) como electrolito. La prueba se realizó a una densidad de corriente de 1 C = 160 mA/g y a una tensión de corte de carga/descarga de 2,7 V a 4,3 V. Se probó el rendimiento de ciclo a una densidad de corriente de 1 C, y los resultados se mostraron en la Tabla 1.
Tabla 1
En la tabla 1 puede observarse que, en comparación con el material NCA adquirido en el mercado, el ejemplo 1 da lugar a una retención de ciclado significativamente mayor. Esto se debe a que el método del ejemplo 1 conduce a una coprecipitación uniforme y de alta esfericidad y hace que el material tenga una estructura porosa, lo que es beneficioso para la difusión de una fuente de litio durante la sinterización con la fuente de litio, mejorando así el rendimiento electroquímico del material.
Los ejemplos de la presente divulgación se describen en detalle con referencia a los dibujos que la acompañan, pero la presente divulgación no se limita a los ejemplos anteriores. Dentro del ámbito del conocimiento que poseen aquellos expertos en la técnica, también se pueden realizar diversos cambios sin apartarse del propósito de la presente divulgación. Además, los ejemplos de la presente divulgación y las características de los ejemplos pueden combinarse entre sí en una situación no conflictiva.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un precursor de material catódico dopado con aluminio, en donde el precursor de material catódico dopado con aluminio tiene una fórmula química deNixCoyAlzOx+y+<1>.<5>z, en donde 0,85 < x < 0,98, 0 < y < 0,15, y 0 < z < 0,15; el precursor de material catódico dopado con aluminio es una partícula esférica o esferoidal, y la partícula tiene una porosidad de 0.05cm3/g a 0,2 cm3/g; y el precursor de material catódico dopado con aluminio tiene un tamaño de partícula D50 de 8,0 pm a 20,0 pm, una superficie específica de 18 m2/g a 35 m2/g, y una densidad de toma de 1,4 g/cm3 a 1,8 g/cm3.
2. El precursor de material catódico dopado con aluminio de acuerdo con la reivindicación 1, en donde un índice de esfericidad 0 de la partícula es de 1,0 a 1,3, en donde 0 = Dc/Di, Di representa un radio de círculo inscrito máximo de la partícula, y Dc representa un radio de círculo circunscrito mínimo de la misma partícula.
3. Un método de preparación del precursor de material catódico dopado con aluminio de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, que comprende las siguientes etapas:
S1: disolución de una sal de aluminio en una solución de hidróxido de sodio para preparar una primera solución alcalina que contenga aluminio;
S2: alimentar simultáneamente una solución mixta de sales de níquel, cobalto y calcio, la primera solución alcalina que contiene aluminio, agua de amoniaco y una solución de hidróxido de sodio en una solución base para permitir una reacción, y controlar una temperatura, un pH y una concentración de amoniaco de un sistema de reacción resultante; y cuando un tamaño de partícula de un producto de reacción alcanza un valor objetivo, detener la alimentación y llevar a cabo la separación sólido-líquido (SLS) para obtener una torta de filtración;
S3: remojar la torta de filtración en una segunda solución alcalina que contenga aluminio y llevar a cabo la SLS para obtener un material sólido; y
S4: someter el material sólido a calcinación para obtener un material calcinado, sumergir el material calcinado en agua y realizar el SLS para obtener el precursor de material catódico dopado con aluminio.
4. El método de preparación de acuerdo con la reivindicación 3, en donde,en S1, la solución de hidróxido de sodio tiene una concentración de 1 mol/L a 2 mol/L, y una concentración molar de Al en la primera solución alcalina que contiene aluminio es de 0,1 mol/L a 0,8 mol/L.
5. El método de preparación de acuerdo con la reivindicación 3, en donde,en S2, una masa molar de iones de calcio en la solución de sales mixtas de níquel, cobalto y calcio es 2 ± 0,1 veces una masa molar de iones de aluminio en la sal de aluminio.
6. El método de preparación de acuerdo con la reivindicación 3, en donde,en S2, una concentración molar total de iones de níquel, cobalto y calcio en la solución mixta de sales de níquel, cobalto y calcio es de 1,0 mol/L a 2,5 mol/L.
7. El método de preparación de acuerdo con la reivindicación 3, en donde la solución de sales mixtas de níquel, cobalto y calcio se prepara a partir de sales solubles de níquel, cobalto y calcio, y las sales solubles de níquel, cobalto y calcio son cada una al menos una seleccionada del grupo que consiste en un nitrato y un cloruro; y la sal de aluminio es al menos una seleccionada del grupo que consiste en un nitrato y un cloruro.
8. El método de preparación de acuerdo con la reivindicación 3, en donde, en S2, la solución base es una mezcla de hidróxido de sodio y agua de amoniaco, y la solución base tiene un pH de 12,0 a 14,0 y una concentración de amoniaco de 2,0 g/L a 5,0 g/L.
9. El método de conformidad con la reivindicación 3, en donde, en S2, la reacción se lleva a cabo a una temperatura de 8 a 9, una temperatura de 45°C to 65°C, a un pH de 10,8 a 11,5 y a una concentración de amoniaco de 2,0 g/L a 5,0 g/L.
10. El método de preparación de acuerdo con la reivindicación 3, en donde, en S3, el remojo se lleva a cabo durante 1 h a 2 h.
11. El método de preparación de acuerdo con la reivindicación 3, en donde, en S3, una concentración de Al en la segunda solución alcalina que contiene aluminio es de 0,1 mol/L a 0,8 mol/L.
12. El método de preparación de acuerdo con la reivindicación 3, en donde, en S4, la calcinación se lleva a cabo de 580°C a 650°C durante 1 h a 4 h; una relación líquido-sólido del agua respecto al material calcinado es de (5,000-15,000) L/t.
13. El método de preparación de acuerdo con la reivindicación 3, en donde, en S4, cuando el material calcinado se empapa en el agua, se añade cloruro de amonio para ajustar un pH del agua de 6 a 7, y después el material calcinado se lava con el agua antes de llevar a cabo el SLS.
14. Uso del precursor de material de cátodo dopado con aluminio de acuerdo con la reivindicación 1 o 2 en una batería de iones de litio (LIB).
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