一种低温锂离子电池正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种低温锂离子电池正极材料及其制备方法，属于锂离子电池正极材料领域。解决目前锂离子电池低温性能差无法满足电动车市场需求的技术问题。该正极材料的结构式为LiNixCoyMnzMeO2，其中0.5≤x≤1,0≤y≤0.3,0≤z≤0.3，0≤e＜1，x+y+z+e＝1，M为掺杂微量元素，选自Al、Mg、Zn、Ce或La中的一种。本发明专利技术还提供一种低温锂离子电池正极材料的制备方法。发明专利技术制得的正极材料比容量高，首次充放电的库伦效率高、低温性能优异，在各倍率下，正极材料在低温时的放电容量能达到其在常温时放电容量的85％以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种低温锂离子电池正极材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池作为新一代清洁可再生的能源系统，具有高能量密度、使用寿命长、无污染等优点，已成为能源领域中研究的热点，将逐步取代传统的镍氢、镍镉、铅酸等电池，已被广泛应用于3C数码产品、电动汽车等领域。虽然锂离子电池具有诸多方面的优点，但也存在一些致命的缺点，如锂离子电池较差的低温性能使其在航空、航天、军事、电动汽车等领域的应用受到了极大的限制，特别是在我国东北等寒冷地区一年有长达6个月的时间处于零摄氏度以下的温度，因此若想让电动汽车能在东北等寒冷地区正常使用，从根本上解决环境污染问题，实现绿色新能源社会，动力电池就成为了制约电动汽车在寒冷地区使用的重要因素。目前，商业化的锂离子电池正极材料主要有LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiFePO4、常规LiNixCoyMnzO2(12-15微米)等，虽然这些正极材料具有相对较高的能量密度，但其低温性、循环性及倍率性能各方面均不理想，如正极材料LiFePO4在低温条件下其放电容量不到常温容量的40％，这严重阻滞了电动汽车在寒冷地区的使用。
技术实现思路
本专利技术要解决目前锂离子电池低温性能差无法满足电动车市场需求的技术问题，提供了一种低温锂离子电池正极材料及其制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案具体如下：本专利技术首先提供一种低温锂离子电池正极材料，该正极材料的结构式为LiNixCoyMnzMeO2，其中0.5≤x≤1,0≤y≤0.3,0≤z≤0.3，0≤e＜1，x+y+z+e＝1，M为掺杂微量元素，选自Al、Mg、Zn、Ce或La中的一种。优选的是，所述的正极材料形状为球形或类球形，尺寸为3-5微米，比表面积为255-298m2/g。本专利技术还提供一种低温锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：按照化学计量比称量镍盐、钴盐、锰盐溶于去离子水中，待溶解完全后，通惰性气体除氧气30～60分钟，制得镍钴锰盐溶液；步骤二：配制络合剂和沉淀剂的混合水溶液，通惰性气体除氧气30～60分钟；步骤三：配制络合剂水溶液作为底液并加入到反应釜中，通惰性气体作为保护气体，然后在机械搅拌下，将步骤一得到的镍钴锰盐溶液滴加到反应釜中，同时滴加沉淀剂和络合剂的混合水溶液，并控制反应体系的pH值为11.5～12.0，反应温度为50～70℃，搅拌速度为800～1000r/min进行共沉淀反应，得到乳白色的前驱体固液混合物；步骤四：将步骤三得到的前驱体固液混合物经离心、过滤，用去离子水洗涤至中性后，在50～110℃下真空烘干，得到前驱体；步骤五：将步骤四得到的前驱体与锂盐粉末、MaOb混合均匀，得到混合物；步骤六：将步骤五得到的混合物置于气氛炉中进行分段通气烧结，首先从室温升温至300～550℃，保温3～6h，随后升温至600～750℃，保温10～20h，最后升温至800～1000℃，保温10～20h，整个烧结过程通气，烧结结束后随气氛炉自然冷却至室温，即可得到低温锂离子电池正极材料。优选的是，所述镍盐为硫酸镍盐、盐酸镍盐、硝酸镍盐和醋酸镍盐中的一种或多种；所述钴盐为硫酸钴盐、盐酸钴盐、硝酸钴盐和醋酸钴盐中的一种或多种；所述锰盐为硫酸锰盐、盐酸锰盐、硝酸锰盐和醋酸锰盐中的一种或多种。优选的是，所述步骤一中镍盐、钴盐和锰盐的总浓度为1.5～4mol/L。优选的是，所述步骤二中沉淀剂为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化锂和氢氧化钠中的一种或多种，所述沉淀剂的浓度为4～8mol/L。优选的是，所述步骤二和步骤三中络合剂为氨水、柠檬酸和乙二胺四乙酸二钠中的一种或多种，所述络合剂的浓度为2～10mol/L。优选的是，所述步骤三中镍钴锰盐溶液的滴加速度为1～50L/h。优选的是，所述步骤三中惰性气体为氮气、氩气和二氧化碳中的一种或多种。优选的是，所述步骤五中锂盐为氢氧化锂和/或碳酸锂，MaOb中M为Al、Mg、Zn、Ce、La中的一种或几种，1≤a≤3，1≤b≤3。本专利技术的有益效果本专利技术首先提供一种低温锂离子电池正极材料，该正极材料的结构式为LiNixCoyMnzMeO2，其中0.5≤x≤1,0≤y≤0.3,0≤z≤0.3，0≤e＜1，x+y+z+e＝1，M为掺杂微量元素，选自Al、Mg、Zn、Ce或La中的一种。本专利技术制得的正极材料比容量高，首次充放电的库伦效率高、低温性能优异，在各倍率下，正极材料在低温时的放电容量能达到其在常温时放电容量的85％以上。本专利技术还提供一种低温锂离子电池正极材料的制备方法，该制备方法通过调整共沉淀的反应条件同时优化烧结工艺，有效控制前驱体的形貌和粒径，制备得到正极材料能够改善锂离子电池的低温性能。该正极材料的制备工艺流程简单，可控性好，制造成本低，适于大规模商业化生产，可以满足电动汽车等市场的需求。附图说明图1为本专利技术实施例1制备得到的锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.17Mn0.3Ce0.03O2的SEM图。图2为实施例1制备的锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.17Mn0.3Ce0.03O2在0℃下的的倍率性能曲线。图3为实施例1制备的锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.17Mn0.3Ce0.03O2在0℃下的循环性能曲线。具体实施方式本专利技术首先提供一种低温锂离子电池正极材料，该正极材料的结构式为LiNixCoyMnzMeO2，其中0.5≤x≤1,0≤y≤0.3,0≤z≤0.3，优选为0.6≤x≤0.7，0.15≤y≤0.2,0.15≤z≤0.2,0≤e＜1，x+y+z+e＝1，M为掺杂微量元素，选自Al、Mg、Zn、Ce或La中的一种。按照本专利技术，所述的正极材料形状为球形或类球形，尺寸为3-5微米，比表面积为255-298m2/g。本专利技术还提供一种低温锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：按照化学计量比称量镍盐、钴盐、锰盐溶于去离子水中，待溶解完全后，通惰性气体除氧气30～60分钟，制得镍钴锰盐溶液；步骤二：配制络合剂和沉淀剂的混合水溶液，通惰性气体除氧气30～60分钟；步骤三：配制络合剂水溶液作为底液并加入到反应釜中，通惰性气体作为保护气体，然后在机械搅拌下，将步骤一得到的镍钴锰盐溶液滴加到反应釜中，同时滴加沉淀剂和络合剂的混合水溶液，并控制反应体系的pH值为11.5～12.0，反应温度为50～70℃，搅拌速度为800～1000r/min进行共沉淀反应，得到乳白色的前驱体固液混合物；步骤四：将步骤三得到的前驱体固液混合物经离心、过滤，用去离子水洗涤至中性后，在50～110℃下真空烘干，得到前驱体；步骤五：将步骤四得到的前驱体与锂盐粉末、MaOb混合均匀，得到混合物；步骤六：将步骤五得到的混合物置于气氛炉中进行分段通气烧结，首先从室温升温至300～550℃，保温3～6h，随后升温至600～750℃，保温10～20h，最后升温至800～1000℃，保温10～20h，整个烧结过程通气，烧结结束后随气氛炉自然冷却至室温，即可得到低温锂离子电池正极材料。按照本专利技术，所述步骤一中镍盐优选为硫酸镍盐、盐酸镍盐、硝酸镍盐和醋酸镍盐中的一种或多种；所述钴盐优选为硫酸钴盐、盐酸钴盐、硝酸钴盐和醋酸钴盐中的一种或多种；所述锰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温锂离子电池正极材料，其特征在于，该正极材料的结构式为LiNixCoyMnzMeO2，其中0.5≤x≤1,0≤y≤0.3,0≤z≤0.3，0≤e＜1，x+y+z+e＝1，M为掺杂微量元素，选自Al、Mg、Zn、Ce或La中的一种。

【技术特征摘要】
1.一种低温锂离子电池正极材料，其特征在于，该正极材料的结构式为LiNixCoyMnzMeO2，其中0.5≤x≤1,0≤y≤0.3,0≤z≤0.3，0≤e＜1，x+y+z+e＝1，M为掺杂微量元素，选自Al、Mg、Zn、Ce或La中的一种。2.根据权利要求1所述的一种低温锂离子电池正极材料，其特征在于，所述的正极材料形状为球形或类球形，尺寸为3-5微米，比表面积为255-298m2/g。3.根据权利要求1所述的一种低温锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：按照化学计量比称量镍盐、钴盐、锰盐溶于去离子水中，待溶解完全后，通惰性气体除氧气30～60分钟，制得镍钴锰盐溶液；步骤二：配制络合剂和沉淀剂的混合水溶液，通惰性气体除氧气30～60分钟；步骤三：配制络合剂水溶液作为底液并加入到反应釜中，通惰性气体作为保护气体，然后在机械搅拌下，将步骤一得到的镍钴锰盐溶液滴加到反应釜中，同时滴加沉淀剂和络合剂的混合水溶液，并控制反应体系的pH值为11.5～12.0，反应温度为50～70℃，搅拌速度为800～1000r/min进行共沉淀反应，得到乳白色的前驱体固液混合物；步骤四：将步骤三得到的前驱体固液混合物经离心、过滤，用去离子水洗涤至中性后，在50～110℃下真空烘干，得到前驱体；步骤五：将步骤四得到的前驱体与锂盐粉末、MaOb混合均匀，得到混合物；步骤六：将步骤五得到的混合物置于气氛炉中进行分段通气烧结，首先从室温升温至300～550℃，保温3～6h，随后升温至600～750℃，保温10～20h，最后升温至800...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛利，孙中辉，韩冬雪，李风华，吴同舜，焦连升，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22