CN106450273B - 一种改善高低温性能的动力ncm523材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明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。本发明具有工艺简单，操作方便，改善高低温性能效果明显等优点。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，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。
背景技术
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”的发明专利，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。同时本发明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。
发明内容
本发明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。
本发明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。
本发明对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。依该发明方法制备的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。
本发明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。
本发明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。
本发明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发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1.本发明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.本发明在前驱体共沉淀过程中以偏铝酸盐作为Al源，解决了Al(OH)3偏析的问题，通过该方法可以得到一种均匀的、天蓝色的α-Ni0.5Co0.2Mn0.25AlxYy(OH)2沉淀。
3.本发明对共沉淀后的前驱体进行了高温高碱陈化处理，促使α-Ni0.5Co0.2Mn0.25AlxYy(OH)2转变为粉红色的β-Ni0.5Co0.2Mn0.25AlxYy(OH)2，材料的晶形得以转化和优化。
4.本发明以氧含量60％以上的气源作为烧结氧化助剂，可以显著降低材料的Li/Ni混排现象，材料的结晶度提高。
5.本发明对烧结后的材料进行了锂快离子导体包覆，包覆了1wt％0.6Li3PO4-0.4Al2O3，为锂离子在NCM和导电剂之间的脱嵌提供高速扩散通道。
6、本发明通过体相掺杂和锂快离子导体包覆的联合改性方法，极大改善了材料的高低温性能，同时材料拥有极优的倍率性能、安全性能和循环性能，以LiNi0.5Co0.2Mn0.25AL0.03Y0.02O2为正极材料的36Ah软包叠片电池，材料在-20℃的低温下依然可以放出电池容量的83.1％，55℃高温存储7d，放电容量99.56％，容量恢复率100％，室温下的倍率性能良好，5C/1C容量比99.2％，而市售材料仅保持在85％左右。
附图说明
图1是本发明实施例1LiNi0.5Co0.2Mn0.25AL0.03Y0.02O2的SEM图；
图2是本发明实施例和对比例不同温度下的放电容量。
图3是本发明实施例和对比例不同倍率下的放电容量。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
参照图1、图2和图3。
实施例1
一种改善高低温性能的动力NCM523材料的制备方法，以LiNi0.5Co0.2Mn0.25AL0.03Y0.02O2的制备为例，包括以下制备过程：
步骤1：β-Ni0..5Co0.2Mn0.25AL0.03Y0.02(OH)2的制备
(1)配制溶液
按照符合化学计量比0.5:0.2:0.25:0.02(Ni:Co:Mn:Y)的比例称取NiSO4·6H2O、CoSO4·7H2O、MnSO4·H2O、Y(NO3)3·6H2O，配制成含Y的硫酸盐溶液，总金属离子摩尔含量1.94mol/L，记为溶液a；称取NaOH,配制成10mol/L的碱溶液，然后向碱液中加入符合化学剂量比的Al(NO3)3·9H2O，其中Al:OH＝0.03(摩尔比),搅拌均匀形成含NaAlO2的碱溶液，冷却至35℃以下后，加入一定体积的氨水混合均匀，氨碱摩尔比为0.38，即为溶液b；
(2)两种溶液的反应过程
a和b两种溶液并流泵入有氮气气氛保护，容积为3m3的不锈钢反应釜中，反应温度50℃，搅拌转速154r/mim，使用在线pH值控制系统使反应pH值保持在11.5±0.05左右，恒温反应24小时，得到一种掺杂AL和Y的α-Ni0.5Co0.2Mn0.25Al0.03Y0.02(OH)2天蓝色悬浊液。
(3)高温陈化
将(2)的天蓝色悬浊液用物料转移泵转移至3m3有氮气保护的的陈化釜中，加热温度至80℃，调整溶液pH值至12，在搅拌状态下高温高碱陈化处理2小时，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)压滤洗涤
将(3)中制得的β-Ni0..5Co0.2Mn0.25AL0.03Y0.02(OH)2悬浊液泵入不锈钢密闭加压过滤洗涤一体机进行固液分离和压滤洗涤,压力0.5Mpa,用80℃去离子水洗涤，直至精密pH试纸测试滤液pH值7-8为止；压滤洗涤后得到β-Ni0..5Co0.2Mn0.25AL0.03Y0.02(OH)2滤饼，在鼓风干燥箱中于120℃下对滤饼进行烘干15小时，得到含Al和Y的β-Ni0..5Co0.2Mn0.25AL0.03Y0.02(OH)2粉体，D50为8.5μm，D90为12.4μm，产品蓝黑色，流动性较好，振实密度为1.95g/cm3。
(5)去磁性物质
将(4)的前驱体物料通过自动上料机连续进入去磁分离器进行除磁，磁感应强度选择1.0T，进行去磁工序后，前驱体磁性物质含量≤25ppb。
步骤2：配锂烧结
按照Li/M＝1.03:1的化学计量比称取一定量的Li2CO3和(5)的前驱体，利用高速混料机混合，先以400r/min的低速混合15分钟，再以700r/min高速混合5分钟，形成β-Ni0..5Co0.2Mn0.25AL0.03Y0.02(OH)2和Li2CO3的均匀混合物；将混合后的材料装钵后(3kg/钵)推入辊道式窑炉内，通入含氧量为60％的富氧空气(由长江制氧机产)，气体总流量100m3/h，于480℃温区保温约4小时，900℃温区保温12小时，冷却至室温，气流粉碎后(压力0.4Mpa)过300目筛，即完成烧结，得到正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.25Al0.03Y0.02O2，D50:7.2μm,振实密度2.45g/cm3，BET为0.25m2/g。粉碎过筛环节要求车间适度≤30％。
步骤3：液相包覆1wt％的0.6Li3PO4-0.4Al2O3锂快离子导体
(1)分别配制0.5mol/L的LiH2PO4、LiOH、Al(NO3)·9H2O水溶液，按包覆剂量比例混合LiH2PO4和LiOH溶液，水浴温度50℃，生成一种白色胶体状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。
(2)将步骤2所得的正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.25Al0.03Y0.02O2按固液比2:1的比例和去离子水一同投入高粘度搅拌机中，匀浆后加入(1)的乳液，按自转2000r/min，公转50r/min的转速匀浆搅拌1小时。
(3)将(2)的悬浊液进行喷雾干燥，进口温度设定为250℃，出口温度设定为70℃。
(4)将(3)的粉末装钵后置于辊道窑中，60％氧含量的空气氛下，450℃烧结6小时后得到1wt％0.6Li3PO4-0.4Al2O3包覆的LiNi0.5Co0.2Mn0.25Al0.03Y0.02O2，冷却后过300目筛，之后再通过自动上料机连续进入去磁分离器，磁感应强度选择1.2T，进行去磁工序后，要求成品磁性物质含量≤25ppb，实测为14.4ppb。包覆后成品的D50：7.4μm，振实密度2.41g/cm3，BET为0.36m2/g，表面非晶态包覆物造成比表面略有增大，其他物理指标没有明显变化。
由图1可以看出，锂快离子导体0.6Li3PO4-0.4Al2O3已均匀的包覆在烧结物颗粒表面。
实施例2
一种改善高低温性能的动力NCM523材料的制备方法，以LiNi0.5Co0.2Mn0.25AL0.04Y0.01O2的制备为例，包括以下制备过程：
步骤1：β-Ni0..5Co0.2Mn0.25AL0.03Y0.02(OH)2的制备
(1)配制溶液
按照符合化学计量比0.5:0.2:0.25:0.01(Ni:Co:Mn:Y)的比例称取NiSO4·6H2O、CoSO4·7H2O、MnSO4·H2O、Y(NO3)3·6H2O，配制成含Y的硫酸盐溶液，总金属离子摩尔含量1.92mol/L，记为溶液a；称取NaOH,配制成10mol/L的碱溶液，然后向碱液中加入符合化学剂量比的Al(NO3)3·9H2O，其中Al:OH＝0.04(摩尔比),搅拌均匀形成含NaAlO2的碱溶液，冷却至35℃以下后，加入一定体积的氨水，氨碱摩尔比为0.38，即为溶液b；
(2)两种溶液的反应过程
a和b两种溶液并流泵入有氮气气氛保护，容积为3m3的不锈钢反应釜中，反应温度50℃，搅拌转速154r/mim，使用在线pH值控制系统使反应pH值保持在11.4±0.05左右，恒温反应24小时，得到一种掺杂AL和Y的α-Ni0.5Co0.2Mn0.25Al0.04Y0.01(OH)2天蓝色悬浊液。
(3)高温陈化
将(2)的天蓝色悬浊液用物料转移泵转移至3m3有氮气保护的的陈化釜中，加热温度至80℃，调整溶液pH值至12，在搅拌状态下陈化处理2小时，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)压滤洗涤
将(3)中制得的β-Ni0..5Co0.2Mn0.25AL0.04Y0.01(OH)2悬浊液泵入不锈钢密闭加压过滤洗涤一体机进行固液分离和压滤洗涤,压力0.5Mpa,用80℃去离子水洗涤，直至精密pH试纸测试滤液pH值7-8为止；压滤洗涤后得到β-Ni0..5Co0.2Mn0.25AL0.04Y0.01(OH)2滤饼，在鼓风干燥箱中于120℃下对滤饼进行烘干15小时，得到含Al和Y的β-Ni0..5Co0.2Mn0.25AL0.04Y0.01(OH)2粉体，D50为9.2μm，D90为13.6μm，产品蓝黑色，流动性较好，振实密度为1.87g/cm3。
(5)去磁性物质
将(4)的前驱体物料通过自动上料机连续进入去磁分离器进行除磁，磁感应强度选择1.0T，进行去磁工序后，前驱体磁性物质含量≤25ppb。
步骤2：配锂烧结
按照Li/M＝1.03:1的化学计量比称取一定量的Li2CO3和(5)的前驱体，利用高速混料机混合，先以400r/min的低速混合15分钟，再以700r/min高速混合5分钟，形成β-Ni0..5Co0.2Mn0.25AL0.04Y0.01(OH)2和Li2CO3的均匀混合物；将混合后的材料装钵后(3kg/钵)推入辊道式窑炉内，通入含氧量为60％的富氧气体(长江制氧机产)，气体总流量100m3/h，于480℃温区保温约4小时，910℃温区保温12小时后，冷却至室温，气流粉碎(压力0.4Mpa)过300目筛，即完成烧结，得到正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.25Al0.04Y0.01O2，D50:8.3μm,振实密度2.35g/cm3，BET为0.28m2/g。粉碎过筛环节要求车间适度≤30％。
步骤3：液相包覆1wt％的0.7Li3PO4-0.3Al2O3锂快离子导体
(1)分别配制0.5mol/L的LiH2PO4、LiOH、Al(NO3)·9H2O水溶液，按包覆剂量比例混合LiH2PO4和LiOH溶液，水浴温度50℃，生成一种白色胶体状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。
(2)将步骤2所得的正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.25Al0.04Y0.01O2按固液比2:1的比例和去离子水一同投入高粘度搅拌机中，匀浆后加入(1)的乳液，按自转2000r/min，公转50r/min的转速匀浆搅拌1小时。
(3)将(2)的悬浊液进行喷雾干燥，进口温度设定为250℃，出口温度设定为70℃。
(4)将(3)的粉末装钵后置于辊道窑中，60％氧含量的空气氛下，450℃烧结6小时后得到0.7Li3PO4-0.3Al2O3包覆的LiNi0.5Co0.2Mn0.25Al0.04Y0.01O2，冷却后过300目筛，之后再通过自动上料机连续进入去磁分离器，磁感应强度选择1.2T，进行去磁工序后，要求成品磁性物质含量≤25ppb，实测为15.1ppb。包覆后成品的D50：8.4μm，振实密度2.39g/cm3，BET为0.42m2/g，表面非晶态包覆物造成比表面略有增大，其他物理指标没有明显变化。
实施例3
一种改善高低温性能的动力NCM523材料的制备方法，以LiNi0.5Co0.2Mn0.25AL0.05O2的制备为例，包括以下制备过程：
步骤1：β-Ni0..5Co0.2Mn0.25AL0.05(OH)2的制备
(1)配制溶液
按照符合化学计量比0.5:0.2:0.25(Ni:Co:Mn)的比例称取NiSO4·6H2O、CoSO4·7H2O、MnSO4·H2O，配制成混合硫酸盐溶液，总金属离子摩尔含量1.9mol/L，记为溶液a；称取NaOH,配制成10mol/L的碱溶液，然后向碱液中加入符合化学剂量比的Al(NO3)3·9H2O，其中Al:OH＝0.05(摩尔比),搅拌均匀形成含NaAlO2的碱溶液，冷却至35℃以下后，加入一定体积的氨水混合均匀，氨碱摩尔比为0.38，即为溶液b；
(2)两种溶液的反应过程
a和b两种溶液并流泵入有氮气气氛保护，容积为3m3的不锈钢反应釜中，反应温度50℃，搅拌转速154r/mim，使用在线pH值控制系统使反应pH值保持在11.2±0.05左右，恒温反应24小时，得到一种掺杂Al的α-Ni0.5Co0.2Mn0.25Al0.05(OH)2天蓝色悬浊液。
(3)高温陈化
将(2)的天蓝色悬浊液用物料转移泵转移至3m3有氮气保护的的陈化釜中，加热温度至80℃，调整溶液pH值至12，在搅拌状态下陈化处理2小时，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)压滤洗涤
将(3)中制得的β-Ni0..5Co0.2Mn0.25AL0.05(OH)2悬浊液泵入不锈钢密闭加压过滤洗涤一体机进行固液分离和压滤洗涤,压力0.5Mpa,用80℃去离子水洗涤，直至精密pH试纸测试滤液pH值7-8为止；压滤洗涤后得到β-Ni0..5Co0.2Mn0.25AL0.05(OH)2滤饼，在鼓风干燥箱中于120℃对滤饼进行烘干15小时，得到含Al的β-Ni0..5Co0.2Mn0.25AL0.05(OH)2粉体，D50为10.5μm，D90为15.3μm，产品蓝黑色，流动性较好，振实密度为1.82g/cm3。
(5)去磁性物质
将(4)的前驱体物料通过自动上料机连续进入去磁分离器进行除磁，磁感应强度选择1.0T，进行去磁工序后，前驱体磁性物质含量≤25ppb。
步骤2：配锂烧结
按照Li/M＝1.03:1的化学计量比称取一定量的Li2CO3和(5)的前驱体，利用高速混料机混合，先以400r/min的低速混合15分钟，再以700r/min高速混合5分钟，形成β-Ni0..5Co0.2Mn0.25AL0.05(OH)2和Li2CO3的均匀混合物；将混合后的材料装钵后(3kg/钵)推入辊道式窑炉内，通入含氧量为60％的富氧空气(长江制氧机产)，气体总流量100m3/h，于480℃温区保温约4小时，920℃温区保温12小时后，冷却至室温，气流粉碎(压力0.4Mpa)过300目筛，即完成烧结，得到正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.25Al0.05O2，D50:8.3μm,振实密度2.33g/cm3，BET为0.32m2/g。粉碎过筛环节要求车间适度≤30％。
步骤3：液相包覆1wt％的0.9Li3PO4-0.1Al2O3锂快离子导体
(1)分别配制0.5mol/L的LiH2PO4、LiOH、Al(NO3)·9H2O水溶液，按包覆剂量比例混合LiH2PO4和LiOH溶液，水浴温度50℃，生成一种白色胶体状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。
(2)将步骤2所得的正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.25Al0.05O2按固液比2:1的比例和去离子水一同投入高粘度搅拌机中，匀浆后加入(1)的乳液，按自转2000r/min，公转50r/min的转速匀浆搅拌1小时。
(3)将(2)的悬浊液进行喷雾干燥，进口温度设定为250℃，出口温度设定为70℃。
(4)将(3)的粉末装钵后置于辊道窑中，60％氧含量的空气氛下，450℃烧结6小时后得到0.9Li3PO4-0.1Al2O3包覆的LiNi0.5Co0.2Mn0.25Al0.05O2，冷却后过300目筛，之后再通过自动上料机连续进入去磁分离器，磁感应强度选择1.2T，进行去磁工序后，要求成品磁性物质含量≤25ppb，实测为15.1ppb。包覆后成品的D50：9.5μm，振实密度2.32g/cm3，BET为0.45m2/g，表面非晶态包覆物造成比表面略有增大，其他物理指标没有明显变化。
对比例1
以市售某公司产NCM523作为对比例，D50：10.5μm，振实密度：2.46g/cm3，BET为0.27m2/g。
将实施例与对比例的正极材料组装成36Ah@1C(正极克容量165Wh/kg)的软包叠片式电池。将聚偏氟乙烯PVDF粘结剂溶于N-甲基吡咯烷酮NMP中，然后加入实施例1-3与对比例1的NCM523材料和导电剂(SP)充分混合后涂布在铝箔上，再烘干碾压(正极压实密度3.5g/cm3)，制成正极片，其中正极活性物质：SP：PVDF为95：3：2wt％；负极极片的制作同正极，石墨：SP：CMC：SBR为95：1.5：1.5：2，负极压实密度1.58g/cm3，对实施例和对比例材料在-30℃、-20℃、-10℃、0℃、25℃、55℃进行高低温放电测试，1.0C充放，恒流充电至4.2V，再恒压充电到0.04C，25℃充电到100％SOC，然后置于恒温箱中恒温2h后测试电池高低温放电参数，各测试结果见表1。表2测试了实施例和对比例电池55℃7d高温荷电能力，100％SOC,1C充放，2.75～4.2V。表3列出了实施例和对比例在RT时的倍率特性，2.75～4.2V。表1
表2
| 正极材料 | 存储前 | 存储后 | 恢复后 |
| 实施例1 | 100％ | 99.56％ | 100.4％ |
| 实施例2 | 100％ | 99.54％ | 99.94％ |
| 实施例3 | 100％ | 99.42％ | 99.52％ |
| 对比例1 | 100％ | 95.12％ | 95.14％ |
表3
表4
通过表1-4中实施例1-3和对比例1的数据分析，并结合图1至图3，可以看出，采用前驱体体相掺杂和表面包覆联合改性方法合成的NCM523动力材料，在改善材料高低温性能方面效果显著，材料不仅有优良的高低温充放电和存储性能，同时材料的倍率性能和循环性能得到较大改善，同比优于市面所售同等规格材料。以实施例1为例，材料在-20℃的低温下依然可以放出电池容量的83.1％，55℃高温存储7d，放电容量99.56％，容量恢复率100％，室温下的倍率性能良好，5C/1C容量比99.2％，而市售材料仅保持在85％左右。本发明工艺比较简单，设备投入少，产品效益高，非常具有商业推广价值。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式。这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (7)
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1或2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：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。
4.根据权利要求1或2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％。
5.根据权利要求1或2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Li3PO4-Al(OH)3的乳液。
6.根据权利要求1或2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℃。
7.根据权利要求1或2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。
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