一種新能源汽車電池材料鎳鈷鋁酸鋰的制備方法技術

本發明專利技術涉及一種新能源汽車電池材料鎳鈷鋁酸鋰的制備方法，屬于新能源材料領域。其包括了配料，高壓水熱反應，高溫煅燒和后處理工序，將各種原料配置成一定濃度的溶液，然后再高壓釜內反應，得到的物料經過高溫煅燒和后處理得到鎳鈷鋁酸鋰。本發明專利技術提供的一種新能源汽車電池材料鎳鈷鋁酸鋰的制備方法，工藝簡單，成本低，過程控制簡單，制備的產品穩定，產品均一性好。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于新能源材料領域，具體涉及。
技術介紹
電動汽車的快速發展必然帶動汽車動力電池的快速發展。在2010年內出爐的汽車行業“十二五”規劃(以下簡稱“規劃”)中，對新能源汽車的支持成為戰略重點。規劃同時提出了 2015年國內新能源汽車規模提升至100萬輛，而2020年銷售規模達到全球第一的宏偉目標。而不管是混合動力還是純電動汽車，對于眾多汽車制造企業來說，驅動動力來源技術是新能源汽車發展關鍵的地方，最根本的是電池技術的突破。所以汽車動力電池的產業化能夠大大提升電動汽車的發展，為中國的汽車行業提檔升級貢獻力量。鉛蓄電池續航能力低，對于電動汽車來說是致命的缺點，同時鉛帶來的環境問題，使得鉛蓄電池不可能做為現在的汽車動力電池。而磷酸鐵鋰、磷酸錳鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰以及鎳鈷鋁酸鋰電池目前均有企業做為其電動汽車的動力電池，他們也各有優缺點，中國國內以及美國以磷酸鐵鋰電池的電動汽車居多，而日韓以鎳鈷錳酸鋰居多，特斯拉采用的是鎳鈷鋁酸鋰電池。鎳鈷鋁酸鋰電池是特斯拉的專屬電池。鎳鈷鋁酸鋰電池具有結構穩定、容量比高、綜合性能突出。2013年全球正極材料供應量為11.57萬噸，同比增長26.86%，主要產品有鈷酸鋰(LC0 )、鎳鈷錳酸鋰三元材料(NCM )、鎳鈷鋁酸鋰三元材料(NCA )、錳酸鋰(LM0 )、磷酸鐵鋰(LFP)等，各自的供應量分別是:LC0:31450 噸，NCM:48100 噸，NCA:7750 噸，LM0: 19000 噸，LFP:8，400 噸，其他約 1000 噸。” 2013年中國正極材料市場規模達到73.6億元，同比2012年增長12% ;其中三元材料市場規模達到20.3億元，同比2012年增長27 %，是正極材料市場增長最快品種。預計2014年三元材料的需求量還將持續增加，三元材料的市場前景會越來越好。2014年隨著特斯拉純電動汽車的擴產，僅松下一家企業鎳鈷鋁(NCA)的需求量就為9000噸，而目前全球最大的NCA生產企業住友金屬年產量僅為2500噸，未來NCA的需求缺口將越來越大，同時松下與特斯拉將聯合共建超級鋰電工廠，僅其一家的產量就超過了2013年全球鋰電的總產量，未來NCA的需求量就達到數萬噸。目前常規的鎳鈷鋁酸鋰的制備方法采用先制備鎳鈷鋁前驅體，然后再混合鋰鹽，然后高溫煅燒，但是此鎳鈷鋁酸鋰的制備方法存在工藝復雜，成本高，產品不穩定，過程控制比較難，均一性差的問題。
技術實現思路
為了解決現有技術存在的上述問題，本專利技術提供了，工藝簡單，成本低，過程控制簡單，制備的產品穩定，產品均一性好。本專利技術所采用的技術方案為: ，包括以下幾個步驟: (1)配料，將鎳鹽和鈷鹽混合配置成總濃度為0.5-1.5mol/l的鎳鈷混合溶液，將鋁鹽配置成濃度為0.25-0.5mol/l的溶液，將氫氧化鋰配置成濃度為2_5mol/l，將碳酸鹽沉淀劑配置成濃度為1-2.5mol/l的溶液； (2)高壓水熱反應，將配料后的鎳鈷混合溶液、鋁溶液、氫氧化鋰溶液、碳酸鹽溶液按照流量比1:0.3-0.85:0.5-1.5:0.5-1.5并流加入高壓反應釜內，同時通入高壓惰性氣體，加滿高壓反應釜的時間為5-15小時，同時保持高壓反應釜內溫度為150-250 V，壓力為0.5-1.5MPa，反應的pH10-ll.5，攪拌轉速為400-800r/min，加滿物料后在此條件下繼續反應5-15小時； (3)高溫煅燒，將高壓水熱反應結束后的物料過濾，并用純水洗滌至洗水電導率<25us/cm，pH < 8.0，然后將物料烘干至水分< 0.5%，再經過破碎過200-300目篩后，放入燒結爐內高溫煅燒，煅燒時間8-24小時，煅燒溫度800-1500°C，煅燒時爐內為氧化性氣氛，爐內氣體氧氣的體積> 20% ； (4)后處理，將高溫煅燒后的物料破碎、篩分、除鐵后進行真空包裝。進一步的，所述步驟(1)中鎳鈷混合溶液中鎳鹽與鈷鹽的摩爾比為5-15:1，鋁鹽溶液中加入有絡合劑，絡合劑的濃度為0.25-2mol/l，絡合劑為EDTA及其鈉鹽、氟化物、氨、三乙醇胺、氫氧根中的至少一種，碳酸鹽為碳酸銨、碳酸鈉、碳酸鉀中的至少一種。 進一步的，所述步驟(2 )中高壓惰性氣體為氮氣、氬氣、氦氣、二氧化碳中的至少一種，壓力為1.5-10MPao進一步的，所述步驟(3 )中煅燒分為4-8個溫區，每個溫區的溫度波動在± 5 °C內。進一步的，所述步驟(4)中篩分時過200-350目篩，除鐵時磁鐵的磁場強度為l-5To本專利技術的有益效果為: 1.采用高壓水熱法來制備得到未定型的鎳鈷鋁酸鋰，再經過高溫煅燒氧化并穩定晶型，得到性能穩定的鎳鈷鋁酸鋰，避免了常規方法的前驅體的制備、混鋰、煅燒引起的鋰的不均勻，從而影響產品性能，本工藝得到的鎳鈷鋁酸鋰產品穩定，產品均一性好。2.工藝簡單，成本低，采用一步法合成，方法簡單，成本低。3.過程控制簡單，采用高溫水熱法一步合成，高溫煅燒主要目的為穩定晶型，而常規工藝摻鋰煅燒得到鎳鈷鋁酸鋰，需要控制鎳鈷鋁前驅體的工藝和煅燒工藝，控制更加繁瑣。【具體實施方式】以下結合具體的實例，對本專利技術申請所述的的進行描述和說明，目的是為了公眾更好的理解本專利技術的
技術實現思路
，而不是對所述
技術實現思路
的限制，在相同或近似的原理下，對所述工藝步驟進行的改進，包括反應條件、所用試劑改進和替換，達到相同的目的，則都在本專利技術申請所要求保護的技術方案之內。實施例一，包括以下幾個步驟: (1)配料，將鎳鹽和鈷鹽混合配置成總濃度為0.95mol/l的鎳鈷混合溶液，將鋁鹽配置成濃度為0.35mol/l的溶液，將氫氧化鋰配置成濃度為2.8mol/l，將碳酸鹽沉淀劑配置成濃度為2.2mol/l的溶液； (2)高壓水熱反應，將配料后的鎳鈷混合溶液、鋁溶液、氫氧化鋰溶液、碳酸鹽溶液按照流量比1:0.75:1.2:1.2并流加入高壓反應釜內，同時通入高壓惰性氣體，加滿高壓反應釜的時間為12小時，同時保持高壓反應釜內溫度為220°C，壓力為1.2MPa，反應的pHll.2，攪拌轉速為600r/min，加滿物料后在此條件下繼續反應12小時； (3)高溫煅燒，將高壓水熱反應結束后的物料過濾，并用純水洗滌至洗水電導率<25us/cm, pH < 8.0，然后將物料烘干至水分< 0.5%，再經過破碎過250目篩后，放入燒結爐內高溫煅燒，煅燒時間16小時，煅燒溫度1200°C，煅燒時爐內為氧化性氣氛，爐內氣體氧氣的體積> 20% ； (4)后處理，將高溫煅燒后的物料破碎、篩分、除鐵后進行真空包裝。所述步驟(1)中鎳鈷混合溶液中鎳鹽與鈷鹽的摩爾比為8:1，鋁鹽溶液中加入有絡合劑，絡合劑的濃度為1.0rnol/1，絡合劑為氨，碳酸鹽為碳酸銨。所述步驟(2)中高壓惰性氣體為氮氣，壓力為2.5MPa。所述步驟(3)中煅燒分為5個溫區，每個溫區的溫度波動在±5°C內。所述步驟(4)中篩分時過325目篩，除鐵時磁鐵的磁場強度為2.5T。最終得到的鎳鈷鋁酸鋰正極材料在0.2C下放電容量196mA/g，振實密度為2.23g/ml, D50為10.8um，50次循環后容量保持率為95.5%。實施例二 ，包括以下幾個步驟: 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種新能源汽車電池材料鎳鈷鋁酸鋰的制備方法，其特征在于，包括以下幾個步驟：（1）配料，將鎳鹽和鈷鹽混合配置成總濃度為0.5?1.5mol/l的鎳鈷混合溶液，將鋁鹽配置成濃度為0.25?0.5mol/l的溶液，將氫氧化鋰配置成濃度為2?5mol/l，將碳酸鹽沉淀劑配置成濃度為1?2.5mol/l的溶液；（2）高壓水熱反應，將配料后的鎳鈷混合溶液、鋁溶液、氫氧化鋰溶液、碳酸鹽溶液按照流量比1:0.3?0.85:0.5?1.5:0.5?1.5并流加入高壓反應釜內，同時通入高壓惰性氣體，加滿高壓反應釜的時間為5?15小時，同時保持高壓反應釜內溫度為150?250℃，壓力為0.5?1.5MPa，反應的pH10?11.5，攪拌轉速為400?800r/min，加滿物料后在此條件下繼續反應5?15小時；（3）高溫煅燒，將高壓水熱反應結束后的物料過濾，并用純水洗滌至洗水電導率＜25us/cm，pH＜8.0，然后將物料烘干至水分＜0.5%，再經過破碎過200?300目篩后，放入燒結爐內高溫煅燒，煅燒時間8?24小時，煅燒溫度800?1500℃，煅燒時爐內為氧化性氣氛，爐內氣體氧氣的體積＞20%；（4）后處理，將高溫煅燒后的物料破碎、篩分、除鐵后進行真空包裝。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：向紅先，
申請(專利權)人：成都育芽科技有限公司，
類型：發明
國別省市：四川;51