一种改善高低温性能的动力NCM523材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种改善高低温性能的动力NCM523材料的制备方法。本发明专利技术属于锂离子电池正极材料技术领域。该制备方法包括：步骤一：NCM523前驱体制备，1)配制溶液：配制Ni、Co、Mn、Y盐混合溶液；配制NaOH碱溶液，加入Al(NO3)3·9H2O，加入氨水形成含铝氨碱溶液；2)并流反应：Ni、Co、Mn、Y盐溶液和含铝氨碱溶液在反应釜中并流反应形成天蓝色悬浊液；3)陈化：调整溶液pH值进行陈化和晶型转化；4)压滤、洗涤和烘干；5)去磁。步骤二：配锂烧结：锂盐与前驱体材料混合，烧结，粉碎得到正极材料；步骤三：液相包覆锂快离子导体：Li3PO4‑Al(OH)3与正极材料混合，喷雾干燥，烧结。本发明专利技术具有工艺简单，操作方便，改善高低温性能效果明显等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池正极材料
，特别是涉及一种改善高低温性能的动力NCM523材料的制备方法。
技术介绍
目前，锂离子电池作为新能源汽车动力源的核心部件，发挥着越来越重要的作用。而正极材料作为锂离子电池的重要组成部分，对锂离子电池的性能有着很大的影响。目前车用锂离子电池主要有三元材料电池，锰酸锂电池，磷酸铁锂电池等，因为性能不同，正极材料的应用领域分化比较明显。工信部在2015年提出单体锂离子电池的比能量要提高至180Wh/kg以上，锰酸锂和磷酸铁锂电池的能量密度已经无法企及。以目前的正极、负极、隔膜、电解液技术水平以及电池制造与管控技术而言，适合这一能量密度的正极材料无非NCM和NCA类，虽然磷酸盐聚阴离子类和富锂类材料也可以达到甚至超过这一能量密度，但是目前关于这两类材料的研究与使用相对不成熟，距离真正的商业化还有较大差距。但NCA类材料，因为其固有的缺陷(热稳定性差、胀气等)和相对的技术开发不足，限制了其在新能源汽车中的使用，即使特斯拉开了先河，业界内对于NCA的使用还是保持着谨慎态度。NCM系列中的523材料，因为其拥有更高的能量密度和更优的性价比使得其在车用动力电池中大受追捧，但电池性能同样受温度的影响比较大。锂离子动力电池的工作温度一般应在-20～55℃之间，特殊领域将达到-40～55℃。通常，锂离子电池在-20℃下已经很难放电了，-40℃下电池容量只有25℃时容量的8％左右；锂离子电池在45℃以上使用时，可以较好的进行充放电，但是材料结构在高温循环时出现加速衰减之势，严重影响了材料的寿命，间接导致电池成本的增加。所以，对改善正极材料高低温性能的研究迫在眉睫。经检索发现，申请号为201310726770.X，公开号为CN103682319A，名称为“长高温循环镍钴锰酸锂NCM523三元材料及其制备方法”的专利技术专利，在材料烧结过程中的将铝盐或其氧化物加入镍钴锰的氧化物中，采用干法混料均匀后再进行烧结，通过Al离子大量掺杂提升了镍钴锰酸锂NCM523的高温性能，解决了镍钴锰酸锂高温循环性能、高温储存性能较差的问题，该方法仅单一方面的解决了高温循环和存储的问题，对材料低温性能的改善没有描述。究其影响材料低温性能的因素，并不是锂离子在电极材料内部的扩散过程，而是锂离子穿过活性物质/电解液界面过程以及电荷转移过程引起的极化所致，仅进行掺杂而不对材料界面进行修饰，不能达到同时改善材料高低温性能的效果。同时本专利技术以外加铝源的方式进行大量掺杂，很容易造成Al元素在材材料表面的富积，形成惰性层，影响材料的活性，进而造成容量下降和长循环的恶化等技术问题。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种改善高低温性能的动力NCM523材料的制备方法。本专利技术的目的是提供一种具有工艺简单，性能可靠，操作方便，改善高低温性能效果明显等特点的动力NCM523材料的制备方法。本专利技术对NCM523材料进行了体相掺杂和表面包覆联合改性处理，体相掺杂用以稳定材料的主体结构，尤其是增强了高温循环和储存时的结构稳定性和热稳定性，同时改善了材料的离子传导电导率，具有优越的倍率性能；通过对掺杂后的NCM523材料进行锂快离子导体的表面包覆，改善了材料的表面状态，在低温状态时能够快速传递电子和转移电荷，降低了表面膜阻抗和电化学反应阻抗，降低了材料低温放电时的极化现象，具有优良的低温运行性能；表面包覆后，有效减缓了电解液对材料表面的侵蚀，材料寿命也显著提高。依该专利技术方法制备的NCM523材料具有优良的高低温性能，特别适合在极寒和极高温环境中使用，尤其适合北方地区冬季极低和夏季极高气温并存的气候，具有较大的市场推广价值。本专利技术改善高低温性能动力NCM523材料的制备方法所采取的技术方案是：一种改善高低温性能的动力NCM523材料的制备方法，其特点是：改善高低温性能的动力NCM523材料的制备方法包括以下工艺步骤：步骤一：NCM523前驱体制备1)配制溶液按化学计量比配制Ni盐、Co盐、Mn盐混合溶液；配制NaOH碱溶液，加入符合化学剂量比的Al(NO3)3·9H2O，形成含NaAlO2的碱溶液，加入氨水形成含铝氨碱溶液；2)两种溶液反应Ni盐、Co盐、Mn盐混合溶液和含铝氨碱溶液，在反应釜中并流反应后形成天蓝色悬浊液；其中，前驱体中Al含量为总金属离子摩尔数的0.01-0.08％；3)高温陈化加热调整溶液pH值进行陈化处理，天蓝色沉淀逐渐变为粉红色，沉淀晶型由α型转化为β型；4)压滤将悬浊液进行固液分离和压滤洗涤，对滤饼进行烘干，得到蓝黑色粉体；5)去磁蓝黑色粉体进行除磁处理得到前驱体材料；步骤二：配锂烧结按化学计量比将锂盐与前驱体材料进行混合，经过烧结、粉碎得到正极材料；步骤三：液相包覆锂快离子导体制备Li3PO4-Al(OH)3的乳液，将Li3PO4-Al(OH)3的乳液与正极材料进行混合，干燥后进行烧结，得到改善高低温性能的动力NCM523材料。本专利技术改善高低温性能的动力NCM523材料的制备方法还可以采用如下技术方案：所述的改善高低温性能的动力NCM523材料的制备方法，其特点是：步骤一配制溶液时，按化学计量比配制Ni盐、Co盐、Mn盐、Y盐混合溶液；Ni盐、Co盐、Mn盐、Y盐混合溶液和含铝氨碱溶液，形成天蓝色悬浊液；其中，前驱体中Al和Y摩尔数总数为总金属例子摩尔数的0.01-0.08％。所述的改善高低温性能的动力NCM523材料的制备方法，其特点是：两种溶液反应时，两种溶液采用并流泵入方式，有氮气气氛保护，反应温度45-60℃，控制反应pH值11.4-11.7，得到天蓝色悬浊液。所述的改善高低温性能的动力NCM523材料的制备方法，其特点是：步骤三液相包覆锂快离子导体时，Li3PO4-Al(OH)3质量为正级材料总质量的0.5-2.0％。所述的改善高低温性能的动力NCM523材料的制备方法，其特点是：步骤三液相包覆锂快离子导体时，制备Li3PO4-Al(OH)3的乳液过程是，分别配制LiH2PO4、LiOH、Al(NO3)·9H2O水溶液，按包覆剂量比例混合LiH2PO4和LiOH溶液，生成白色胶体状Li3PO4乳液，之后缓慢加入Al(NO3)·9H2O溶液，用氨水调节pH值9-10，得到一种Li3PO4-Al(OH)3的乳液。所述的改善高低温性能的动力NCM523材料的制备方法，其特点是：步骤三液相包覆锂快离子导体时，Li3PO4-Al(OH)3的乳液与正极材料悬浊液干燥过程是采用喷雾干燥，进口温度设定为200-300℃，出口温度设定为60-80℃。所述的改善高低温性能的动力NCM523材料的制备方法，其特点是：步骤三液相包覆锂快离子导体时，烧结后进行冷却、过筛，再通过自动上料机连续进入去磁分离器进行去磁处理，去磁后得到改善高低温性能的动力NCM523材料。本专利技术具有的优点和积极效果是：改善高低温性能的动力NCM523材料的制备方法由于采用了本专利技术全新的技术方案，与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：1.本专利技术在前驱体共沉淀过程中单独或联合掺杂了金属元素Al、Y，以稳定材料的层状结构和改善材料的离子导电性，增强材料的高温性能。2.本专利技术在前驱体共沉淀过程中以偏铝酸盐作为Al源，解决了Al(O本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善高低温性能的动力NCM523材料的制备方法，其特征是：改善高低温性能的动力NCM523材料制备方法包括以下工艺步骤：步骤一：NCM523前驱体制备1)配制溶液按化学计量比配制Ni盐、Co盐、Mn盐混合溶液；配制NaOH碱溶液，加入符合化学剂量比的Al(NO3)3·9H2O，形成含NaAlO2的碱溶液，加入氨水形成含铝氨碱溶液；2)两种溶液反应Ni盐、Co盐、Mn盐混合溶液和含铝氨碱溶液，形成天蓝色悬浊液；其中，前驱体中Al含量为总金属离子摩尔数的0.01‑0.08％；3)高温陈化加热调整溶液pH值进行陈化处理，天蓝色沉淀逐渐变为粉红色，沉淀晶型由α型转化为β型；4)压滤将悬浊液进行固液分离和压滤洗涤，对滤饼进行烘干，得到蓝黑色粉体；5)去磁蓝黑色粉体进行除磁处理得到前驱体材料；步骤二：配锂烧结按化学计量比将锂盐与前驱体材料进行混合，经过烧结、粉碎得到正极材料；步骤三：液相包覆锂快离子导体制备Li3PO4‑Al(OH)3的乳液，将Li3PO4‑Al(OH)3的乳液与正极材料进行混合，干燥后进行烧结，得到改善高低温性能动力NCM523材料。

【技术特征摘要】
1.一种改善高低温性能的动力NCM523材料的制备方法，其特征是：改善高低温性能的动力NCM523材料制备方法包括以下工艺步骤：步骤一：NCM523前驱体制备1)配制溶液按化学计量比配制Ni盐、Co盐、Mn盐混合溶液；配制NaOH碱溶液，加入符合化学剂量比的Al(NO3)3·9H2O，形成含NaAlO2的碱溶液，加入氨水形成含铝氨碱溶液；2)两种溶液反应Ni盐、Co盐、Mn盐混合溶液和含铝氨碱溶液，形成天蓝色悬浊液；其中，前驱体中Al含量为总金属离子摩尔数的0.01-0.08％；3)高温陈化加热调整溶液pH值进行陈化处理，天蓝色沉淀逐渐变为粉红色，沉淀晶型由α型转化为β型；4)压滤将悬浊液进行固液分离和压滤洗涤，对滤饼进行烘干，得到蓝黑色粉体；5)去磁蓝黑色粉体进行除磁处理得到前驱体材料；步骤二：配锂烧结按化学计量比将锂盐与前驱体材料进行混合，经过烧结、粉碎得到正极材料；步骤三：液相包覆锂快离子导体制备Li3PO4-Al(OH)3的乳液，将Li3PO4-Al(OH)3的乳液与正极材料进行混合，干燥后进行烧结，得到改善高低温性能动力NCM523材料。2.根据权利要求1所述的改善高低温性能的动力NCM523材料的制备方法，其特征是：步骤一配制溶液时，按化学计量比配制Ni盐、Co盐、Mn盐、Y盐溶液；Ni盐、Co盐、Mn盐、Y盐混合溶液和含铝氨碱溶液，在反应釜中并流反应形成天蓝色悬浊液；其中，前驱体中Al、Y含量为总金属离子摩尔数的0.01-0.08％。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：许国峰，樊勇利，李平，李文升，刘攀，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十八研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12