改性镍钴锰酸锂三元正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种改性镍钴锰酸锂三元正极材料及其制备方法与应用。所述改性镍钴锰酸锂三元正极材料的制备方法包括的步骤有：将镍钴锰前驱体与锂源和第一稀土氧化物按一定比例进行混合研磨处理，在氧气存在的环境中进行第一烧结处理，获得第一稀土掺杂的三元正极材料；将所述第一稀土掺杂的所述三元正极材料与第二稀土氧化物和稀土氮化物按照一定的比例进行混合处理，后于氮源气氛中进行第二烧结处理。本发明专利技术制备方法制备的改性镍钴锰酸锂三元正极材料在‑40℃以下超低温条件下具有很高的容量发挥，且倍率性能也有极大的改善。而且本发明专利技术制备方法工艺条件易控，制备的改性镍钴锰酸锂三元正极材料性能稳定，而且效率高。

Modified nickel cobalt lithium manganate ternary cathode material and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
改性镍钴锰酸锂三元正极材料及其制备方法和应用
本专利技术属于化学电源
，尤其涉及一种改性镍钴锰酸锂三元正极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
如今电动汽车在汽车市场中占据越来越重要的比例，人们对电动汽车的电容量及快充性能也越来越关注，而电动汽车的电池主要是锂电池，在锂离子电池的各个组成部分中，正极材料很大程度上决定了电池的综合性能。在室温下，锂离子电池具有寿命长、低自放电率、高比能量密度及长的放置时间而被广泛使用。但在低温时，锂离子电池容量有很大的衰减，低温循环后，重新放置于室温，其容量亦不能恢复到室温时的容量。目前，锂电池在低温条件特别是超低温(-40℃以下)下充电慢、容量发挥低等问题也极大的限制了电动汽车产业的发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种改性镍钴锰酸锂三元正极材料及其制备方法，以解决现有三元正极材料在低温特别是超低温(-40℃以下)环境中出现容量和倍率衰减的技术问题。为了实现本专利技术的专利技术目的，本专利技术的一方面，提供了一种改性镍钴锰酸锂三元正极材料的制备方法。所述改性镍钴锰酸锂三元正极材料的制备方法包括如下步骤：将镍钴锰前驱体与锂源按一定锂化配比进行混合处理，得到三元前驱体混合物；将所述三元前驱体混合物与第一稀土氧化物按一定比例进行混合研磨处理，在氧气存在的环境中进行第一烧结处理，获得第一稀土掺杂的三元正极材料；将所述第一稀土掺杂的所述三元正极材料与第二稀土氧化物和稀土氮化物按照一定的比例进行混合处理，后于惰性气氛中进行第二烧结处理。本专利技术的另一方面，提供了一种改性镍钴锰酸锂三元正极材料。所述改性镍钴锰酸锂三元正极材料由本专利技术改性镍钴锰酸锂三元正极材料制备方法制备获得。本专利技术的又一方面，提供了一种锂离子电池。所述锂离子电池包括正极，所述正极所含的活性材料为本专利技术改性镍钴锰酸锂三元正极材料。与现有技术相比，本专利技术改性镍钴锰酸锂三元正极材料的制备方法利用稀土氧化物和稀土氮化物掺杂改性镍钴锰酸锂三元正极材料，通过利用氮原子的电负性对镍原子实施原位固定，抑制快速脱嵌锂的过程中镍离子占据锂离子的传输通道而发生锂镍混排；通过稀土元素的引入极大的提升了材料在低温下的容量发挥及倍率性能。因此，本专利技术制备方法制备的改性镍钴锰酸锂三元正极材料在-40℃以下超低温条件下具有很高的容量发挥，且倍率性能也有极大的改善。而且本专利技术制备方法工艺条件易控，制备的改性镍钴锰酸锂三元正极材料性能稳定，而且效率高。本专利技术改性镍钴锰酸锂三元正极材料具有优异的锂离子电导率和电子电导率，在-40℃以下的超低温条件下具有很高的容量发挥及倍率性能，有效克服了现有三元正极材料在低温特别是超低温环境中出现容量和倍率衰减的不足。本专利技术锂离子电池由于正极活性材料含有改性镍钴锰酸锂三元正极材料，因此，所述锂离子电池特别是在超低温下内阻小，在-40℃以下的超低温条件下具有很高的容量保持率和优异的倍率性能，如经检测，组装的18650型电池在-40℃及以下低温条件下容量发挥高于2000mAh，倍率性能优异。附图说明图1是对比例一制备的非改性三元材料的SEM图。图2是本专利技术实施例一制备的0.1wt％镧掺杂、氮化镧及氧化镧包覆的Li1.08Ni0.6Co0.2Mn0.2O2三元正极材料与NCM622前驱体和对比例一制备的非改性三元材料的XRD图；图3是含本专利技术实施例一制备的0.1wt％镧掺杂、氮化镧及氧化镧包覆的Li1.08Ni0.6Co0.2Mn0.2O2三元正极材料的锂离子电池分别在-40℃、-50℃、-60℃条件下的放电性能图；图4是含本专利技术实施例一制备的0.1wt％镧掺杂、氮化镧及氧化镧包覆的Li1.08Ni0.6Co0.2Mn0.2O2三元正极材料的锂离子电池在1C、2C、3C、5C、10C不同倍率下的放电曲线图；图5是含本专利技术实施例一制备的0.1wt％镧掺杂、氮化镧及氧化镧包覆的Li1.08Ni0.6Co0.2Mn0.2O2三元正极材料的锂离子电池和含对比例一制备的非改性三元材料的锂离子电池在-40℃下的90圈循环性能对比图；图6是含本专利技术实施例一制备的0.1wt％镧掺杂、氮化镧及氧化镧包覆的Li1.08Ni0.6Co0.2Mn0.2O2三元正极材料的锂离子电池和含对比例一制备的非改性三元材料的锂离子电池在-10℃～-60℃的活化能的对比图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。一方面，本专利技术实施例提供一种改性镍钴锰酸锂三元正极材料的制备方法。所述改性镍钴锰酸锂三元正极材料的制备方法包括如下步骤：步骤S01：将镍钴锰前驱体与锂源按一定锂化配比进行混合处理，得到三元前驱体混合物；步骤S02：将所述三元前驱体混合物与第一稀土氧化物按一定比例进行混合研磨处理，在氧气存在的环境中进行第一烧结处理，获得第一稀土掺杂的三元正极材料；步骤S03：将所述第一稀土掺杂的所述三元正极材料与第二稀土氧化物和稀土氮化物按照一定的比例进行混合处理，后于惰性气氛中进行第二烧结处理。其中，在步骤S01中，所述镍钴锰前驱体可以是镍钴锰三元材料的前驱体，如一实施例中，所述镍钴锰前驱体为含有镍、钴、锰元素的氢氧化物、草酸盐、碳酸盐、硫酸盐、氧化物中的一种或多种。在进一步实施例中，所述镍钴锰前驱体中的镍源、钴源、锰源的摩尔比为x：y:(1-x-y)，0.5<x<0.95，0.05<y<0.5，且x+y<1，该比例范围的前驱体有利于稀土元素的掺入，有利于提高锂离子在低温条件下的电化学活性。所述锂源可以选用三元材料常用的锂源，如可以选用氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂的一种或多种混合物。在另一实施例中，所述镍钴锰前驱体与锂源的取量比例为1：(1.02～1.15)的比例进行混合处理。通过优化镍钴锰前驱体与锂源的混合比例，以配合稀土元素，提高正极材料的容量和倍率性能。在步骤S02中，所述三元材料与第一稀土氧化物优选是按照1：(0.001-0.05)，进一步优选为1：(0.001-0.01)的比例进行混合研磨处理，使得两者能够混合均匀。其中，所述第一稀土氧化物和第二稀土氧化物相同或不相同的为含钼、铈、钕、钆、镧、钪任一稀土元素的氧化物。在一实施例中，步骤S02中的所述第一烧结处理的条件为：氧气流速为10-100mL/min，且以1-5℃/min的升温速率升温至500-800℃保持2-5小时，再以相同的速率升温至800-970℃保持5-10小时。运用该种烧结工艺制备的正极材料具备很好的结构稳定性及锂离子脱嵌性能。其中，所述第一烧结处理可以但不仅仅是在管式炉中进行。在步骤S03中，构建所述氮源气氛的气体为氮源气体，且所述的氮源气体以100mL/min的流速预先通入后流速降至20本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性镍钴锰酸锂三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将镍钴锰前驱体与锂源按一定锂化配比进行混合处理，得到三元前驱体混合物；/n将所述三元前驱体混合物与第一稀土氧化物按一定比例进行混合研磨处理，在氧气存在的环境中进行第一烧结处理，获得第一稀土掺杂的三元正极材料；/n将所述第一稀土掺杂的所述三元正极材料与第二稀土氧化物和稀土氮化物按照一定的比例进行混合处理，后于氮源气氛中进行第二烧结处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种改性镍钴锰酸锂三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将镍钴锰前驱体与锂源按一定锂化配比进行混合处理，得到三元前驱体混合物；
将所述三元前驱体混合物与第一稀土氧化物按一定比例进行混合研磨处理，在氧气存在的环境中进行第一烧结处理，获得第一稀土掺杂的三元正极材料；
将所述第一稀土掺杂的所述三元正极材料与第二稀土氧化物和稀土氮化物按照一定的比例进行混合处理，后于氮源气氛中进行第二烧结处理。


2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一烧结处理的条件为：氧气流速为10-100mL/min，且以1-5℃/min的升温速率升温至500-800℃保持2-5小时，再以相同的速率升温至800-970℃保持5-10小时。


3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述三元材料与第一稀土氧化物是按照1：(0.001-0.05)的比例进行混合研磨处理。


4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二烧结处理的条件为：以3-5℃/min的升温速率升温至600-700℃保持2-5小时，再以相同的速率升温至800-900℃保持5-12小时；和/或
构建所述氮源气氛的气体为氮源气体，且所述氮源气体是以100mL/min的流速预先通入后流速降至20～60mL/min。


5.如权利要求1或4...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞兆喆，杨平，程燕，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45