本發(fā)明屬于儲(chǔ)能材料及電化學(xué)領(lǐng)域，涉及一種鋰離子電池三元正極材料nca的制備方法。

背景技術(shù)：

鋰離子電池因其具有高的能量密度、優(yōu)異的循環(huán)壽命、無(wú)記憶效應(yīng)、低的自放電率以及低污染等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為動(dòng)力電池的首選。在鋰離子電池的發(fā)展過(guò)程中，正極材始終是關(guān)鍵性因素。近年來(lái)，三元正極材料ncm被廣泛用作鋰離子電池的正極材料。三元材料廠商在制備三元正極材料的過(guò)程中普遍采用共沉淀工藝制備前軀體，生產(chǎn)中往往要用到氨水做絡(luò)合劑，而且生產(chǎn)過(guò)程中每生產(chǎn)一噸三元正極材料需要產(chǎn)生35噸的廢水，廢水的處理比較麻煩，成本較高且存在氨氮泄露風(fēng)險(xiǎn)，氨氮除去裝置固定投入較大，生產(chǎn)工藝不夠環(huán)保，所得材料振實(shí)密度相對(duì)較低。但是，三元材料作為鋰離子電池正極材料的優(yōu)點(diǎn)特別突出。因此，三元正極材料備受人們關(guān)注。隨著技術(shù)進(jìn)步，三元材料逐漸成為正極材料的主流產(chǎn)品。目前。高鎳三元材料nca在鋰電池行業(yè)尚未大規(guī)模應(yīng)用，nca制備技術(shù)有待進(jìn)一步革新。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有制備技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種鋰離子電池三元正極材料nca的制備方法，包括以下幾個(gè)步驟：

步驟（１）：三元正極材料nca前驅(qū)體的制備：以電解鎳、電解鈷和電解鋁為原材料，熔煉制備高純鎳鈷鋁合金熔體，高純鎳鈷鋁合金除雜，將除雜后的高純鎳鈷鋁合金通過(guò)水霧化法制成球形合金粉；將所得球形合金粉體預(yù)氧化和氧化得到氧化鎳鈷鋁前軀體。

步驟（2）：三元正極材料nca的制備：將氧化鎳鈷鋁前軀體同鋰源混合，在氧氣氣氛條件下燒結(jié)，燒結(jié)后的材料經(jīng)破碎、分級(jí)、除磁等后續(xù)處理工序得到nca三元正極材料。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，其優(yōu)點(diǎn)在于，采用金屬霧化工藝制備nca球形合金粉體，通過(guò)適當(dāng)?shù)念A(yù)氧化和氧化處理得到前驅(qū)體然后配鋰，經(jīng)過(guò)合理的燒結(jié)工藝制備高密度三元正極材料，與傳統(tǒng)化學(xué)共成淀工藝相比，不需要使用氨水，不需要使用大量的純水，不需要嚴(yán)格控制反應(yīng)過(guò)程，工藝操作更簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境友好，所得材料元素分布均勻，產(chǎn)品質(zhì)量更好，且更適合規(guī)?；?、工業(yè)化生產(chǎn)高振實(shí)密度三元正極材料。

優(yōu)選的，步驟（１）中熔煉鎳鈷鋁合金采用的原材料是高純鎳、高純鈷、高純鋁或者電解鎳、電解鈷、電解鋁，鎳、鈷、鋁元素的摩爾比為（7.9~8.2）：（0.14~0.16）:(0.04~0.06)。

優(yōu)選的，步驟（１）中采用中頻感應(yīng)爐熔煉鎳合金，熔煉溫度1500~1700℃，熔煉過(guò)程中鎳錠、鈷錠先加入感應(yīng)爐，鋁錠后加。

優(yōu)選的，步驟（１）中通過(guò)[lz1]，得到純凈的鎳鈷鋁合金，通過(guò)水霧化工藝制備球形鎳鈷鋁合金粉，水霧化壓力70~200mpa。

其中，造渣劑為螢石，硅，純凈的鎳鈷鋁合金的純度大于99.99%。

優(yōu)選的，步驟（１）中，將所得球形合金粉體預(yù)氧化和氧化得到氧化鎳鈷鋁前軀體，預(yù)氧化和氧化采用是回轉(zhuǎn)爐，預(yù)氧化溫度200~500℃，氧化溫度600~800℃，升溫速度1~5℃/min，預(yù)氧化時(shí)間1~2小時(shí)，[lz2]1~4小時(shí)，預(yù)氧化和氧化氣氛為空氣或氧氣。

優(yōu)選的，步驟（2）中，所述鋰源采用碳酸鋰，氫氧化鋰，硝酸鋰，草酸鋰和醋酸鋰的一種或者幾種。

優(yōu)選的，步驟（2）中，所用前驅(qū)體與鋰源的配比按摩爾比計(jì)算，配比為1：1~1.04。

優(yōu)選的，步驟（2）中燒結(jié)氣氛為氧氣，燒結(jié)溫度為400~800℃，升溫速度1~5℃/min，燒結(jié)時(shí)間為10~20小時(shí)，燒結(jié)后的物料自然冷卻，經(jīng)過(guò)粉碎，分級(jí)，除磁得到最終產(chǎn)品。

本發(fā)明采用金屬霧化工藝制備nca三元前軀體，與傳統(tǒng)工藝相比不使用氨水做絡(luò)合劑，不使用大量的水，工藝更環(huán)保，所得前軀體振實(shí)密度更高，工藝更好控制，操作更簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境友好，對(duì)設(shè)備要求低，原材料浪費(fèi)少，所得產(chǎn)品品質(zhì)更優(yōu)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種實(shí)施例的材料nca前軀體的表面形貌圖。

圖2是本發(fā)明一種實(shí)施例的材料nca的表面形貌圖。

圖3是本發(fā)明一種實(shí)施例的材料nca的元素分布圖。

圖4是本發(fā)明一種實(shí)施例的材料nca的充放電性能圖。

圖5是本發(fā)明一種實(shí)施例的材料nca的循環(huán)性能圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的較優(yōu)的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：

實(shí)施例1

稱取79mol電解鎳、1.4mol電解鈷和0.4mol電解鋁為原材料，再將鎳錠、鈷錠加入中頻感應(yīng)爐中熔煉，熔煉溫度1500℃，再加入鋁錠進(jìn)行熔煉制備得到高純鎳鈷鋁合金熔體，再添加造渣劑螢石除雜對(duì)高純鎳鈷鋁合金除雜，將除雜后的高純鎳鈷鋁合金通過(guò)水霧化法制成球形合金粉，水霧化壓力70mpa，將所得球形合金粉體放入回轉(zhuǎn)爐進(jìn)行預(yù)氧化和氧化，預(yù)氧化溫度200℃，氧化溫度600℃，升溫速度1℃/min，預(yù)氧化時(shí)間1小時(shí)，氧化時(shí)間1小時(shí)，預(yù)氧化和氧化氣氛為空氣，預(yù)氧化和氧化后得到氧化鎳鈷鋁前軀體。

將氧化鎳鈷鋁前軀體同碳酸鋰按摩爾比1：1進(jìn)行混合，在氧氣氣氛條件下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為400℃，升溫速度5℃/min，燒結(jié)時(shí)間為20小時(shí)，燒結(jié)后的物料自然冷卻，經(jīng)破碎、分級(jí)、除磁等后續(xù)處理工序得到nca三元正極材料。

實(shí)施例2

稱取82mol電解鎳、1.6mol電解鈷和0.6mol電解鋁為原材料，再將鎳錠、鈷錠加入中頻感應(yīng)爐中熔煉，熔煉溫度1700℃，再加入鋁錠進(jìn)行熔煉制備得到高純鎳鈷鋁合金熔體，再添加造渣劑硅除雜對(duì)高純鎳鈷鋁合金除雜，將除雜后的高純鎳鈷鋁合金通過(guò)水霧化法制成球形合金粉，水霧化壓力200mpa，將所得球形合金粉體放入回轉(zhuǎn)爐進(jìn)行預(yù)氧化和氧化，預(yù)氧化溫度500℃，氧化溫度800℃，升溫速度2℃/min，預(yù)氧化時(shí)間2小時(shí)，氧化時(shí)間4小時(shí)，預(yù)氧化和氧化氣氛為氧氣，預(yù)氧化和氧化后得到氧化鎳鈷鋁前軀體。

將氧化鎳鈷鋁前軀體同碳酸鋰按摩爾比1：1.04進(jìn)行混合，在氧氣氣氛條件下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為800℃，升溫速度1℃/min，燒結(jié)時(shí)間為10小時(shí)，燒結(jié)后的物料自然冷卻，經(jīng)破碎、分級(jí)、除磁等后續(xù)處理工序得到nca三元正極材料。

實(shí)施例3

稱取80mol電解鎳1.5mol電解鈷和0.5mol電解鋁為原材料，再將鎳錠、鈷錠加入中頻感應(yīng)爐中熔煉，熔煉溫度1600℃，再加入鋁錠進(jìn)行熔煉制備得到高純鎳鈷鋁合金熔體，再添加造渣劑螢石除雜對(duì)高純鎳鈷鋁合金除雜，將除雜后的高純鎳鈷鋁合金通過(guò)水霧化法制成球形合金粉，水霧化壓力100mpa，將所得球形合金粉體放入回轉(zhuǎn)爐進(jìn)行預(yù)氧化和氧化，預(yù)氧化溫度300℃，氧化溫度700℃，升溫速度3℃/min，預(yù)氧化時(shí)間1.5小時(shí)，氧化時(shí)間2小時(shí)，預(yù)氧化和氧化氣氛為空氣，預(yù)氧化后得到氧化鎳鈷鋁前軀體。

將氧化鎳鈷鋁前軀體同碳酸鋰按摩爾比1：1.01進(jìn)行混合，在氧氣氣氛條件下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為500℃，升溫速度2℃/min，燒結(jié)時(shí)間為12小時(shí)，燒結(jié)后的物料自然冷卻，經(jīng)破碎、分級(jí)、除磁等后續(xù)處理工序得到nca三元正極材料。

實(shí)施例4

稱取81mol電解鎳、1.55mol電解鈷和0.55mol電解鋁為原材料，再將鎳錠、鈷錠加入中頻感應(yīng)爐中熔煉，熔煉溫度1550℃，再加入鋁錠進(jìn)行熔煉制備得到高純鎳鈷鋁合金熔體，再添加造渣劑螢石除雜對(duì)高純鎳鈷鋁合金除雜，將除雜后的高純鎳鈷鋁合金通過(guò)水霧化法制成球形合金粉，水霧化壓力150mpa，將所得球形合金粉體放入回轉(zhuǎn)爐進(jìn)行預(yù)氧化和氧化，預(yù)氧化溫度400℃，氧化溫度650℃，升溫速度4℃/min，預(yù)氧化時(shí)間1.8小時(shí)，氧化時(shí)間3小時(shí)，預(yù)氧化和氧化氣氛為氧氣，預(yù)氧化和氧化后得到氧化鎳鈷鋁前軀體。

將氧化鎳鈷鋁前軀體同碳酸鋰按摩爾比1：1.02進(jìn)行混合，在氧氣氣氛條件下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為600℃，升溫速度35℃/min，燒結(jié)時(shí)間為15小時(shí)，燒結(jié)后的物料自然冷卻，經(jīng)破碎、分級(jí)、除磁等后續(xù)處理工序得到nca三元正極材料。

實(shí)施例5

稱取80mol電解鎳、1.45mol電解鈷和0.45mol電解鋁為原材料，再將鎳錠、鈷錠加入中頻感應(yīng)爐中熔煉，熔煉溫度1650℃，再加入鋁錠進(jìn)行熔煉制備得到高純鎳鈷鋁合金熔體，再添加造渣劑硅除雜對(duì)高純鎳鈷鋁合金除雜，將除雜后的高純鎳鈷鋁合金通過(guò)水霧化法制成球形合金粉，水霧化壓力180mpa，將所得球形合金粉體放入回轉(zhuǎn)爐進(jìn)行預(yù)氧化和氧化，預(yù)氧化溫度350℃，氧化溫度750℃，升溫速度5℃/min，預(yù)氧化時(shí)間1.2小時(shí)，氧化時(shí)間2小時(shí)，預(yù)氧化和氧化氣氛為空氣，預(yù)氧化和氧化后得到氧化鎳鈷鋁前軀體。

將氧化鎳鈷鋁前軀體同碳酸鋰按摩爾比1：1.03進(jìn)行混合，在氧氣氣氛條件下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為700℃，升溫速度45℃/min，燒結(jié)時(shí)間為18小時(shí)，燒結(jié)后的物料自然冷卻，經(jīng)破碎、分級(jí)、除磁等后續(xù)處理工序得到nca三元正極材料。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。