一种耐低温正极材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种耐低温正极材料及其制备方法与应用。耐低温正极材料包括内核和外层两层结构；内核包括第一组分和第二组分；第一组分为橄榄石结构正极材料，粒度大小为100nm

【技术实现步骤摘要】
一种耐低温正极材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及电池材料
，尤其涉及一种耐低温正极材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有能量密度高、安全性高、循环寿命长和自放电率低等优点，使之成为当今动力电池及储能领域的研究热点。目前主流商用的两大系列正极材料为三元材料和磷酸盐系列材料，其中三元材料具有较高的能量密度和相对较优的高低温性能，但是由于三元材料含有钴和镍两种稀缺的贵金属，导致材料成本较高，且三元材料稳定性略差，容易热失控，引起起火、爆炸等风险。磷酸盐系列材料具有较高的稳定性，不容易起火爆炸，循环寿命长的优点，但是其在低温环境下难以进行充放电，比容量下降较快，且放电电压也有一定程度下降的缺点。
[0003]解决磷酸盐系列材料低温性能差的问题有助于扩大材料的应用范围并降低电池的生产成本。目前人们有通过对材料进行元素掺杂、增加导电剂等措施以期改善其低温性能，但效果都不太理想，因此亟需提出一种更优的材料解决低温性能差的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种耐低温正极材料及其制备方法与应用。与现有技术相比，本专利技术耐低温正极材料具有内核和外层结构，且在内核的正极材料中均与嵌布固态电解质材料，其与外层的Li
x
A
y
B
z
包覆材料在电池充放电过程中发挥协同作用，能够提升正极材料的锂离子扩散速率，并提供较多活性锂离子，使材料在较低的温度下保持较高的放电能力，并且保持较高的放电电压及效率。<br/>[0005]为此，第一方面，本专利技术实施例提供了一种耐低温正极材料包括内核和外层两层结构；
[0006]所述内核包括第一组分和第二组分；所述第一组分为橄榄石结构正极材料，粒度大小为100nm
‑
30μm，所述第二组分为固态电解质材料，粒度大小为10nm
‑
2μm，所述第二组分均匀嵌布于第一组分中，形成粒度大小为100nm
‑
50μm的混合体材料；
[0007]所述外层为Li
x
A
y
B
z
材料，其中A包括铜、铁、镍、锰、钒、碳、磷中的一种或多种，B包括N、O、F、S、Cl、Br中的一种或多种，且1≤x≤5，1≤y≤2.2；1≤z≤4；所述外层的Li
x
A
y
B
z
材料颗粒均匀的覆盖在所述混合体材料的表面，形成覆盖度为60％
‑
100％的包覆结构。
[0008]优选的，按照质量份数，第一组分：第二组分：外层的Li
x
A
y
B
z
材料＝[80％
‑
99％]:[0
‑
10％]:[0.2％
‑
10％]。
[0009]优选的，所述橄榄石结构正极材料包括磷酸锰锂、磷酸铁锂、磷酸铁锰锂材料中的任一种；
[0010]所述固态电解质包括NASICON型固态电解质、LISCION固态电解质、石榴石型固态电解质或钙钛矿型固态电解质中的一种或多种。
[0011]优选的，所述耐低温正极材料的颗粒大小为110nm
‑
60μm；形状为球形、椭球形、鹅卵石形或无规则形状中的一种或多种。
[0012]优选的，所述耐低温正极材料在温度不低于
‑
40℃条件下的首周效率库伦效率≥90％。
[0013]第二方面，本专利技术实施例提供了一种耐低温正极材料的制备方法，所述制备方法包括：
[0014]制备混合体材料；按质量份数称取第一组分正极材料和第二组分固态电解质材料，进行混合和烧结，所述烧结为在600℃
‑
1000℃保温1
‑
20小时，得到大颗粒或块状材料，经粉碎设备粉碎成微米粉，可得到第二组分均匀嵌布于第一组分中的混合体材料；
[0015]用Li
x
A
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B
z
材料对混合体材料进行包覆，得到耐低温的正极材料。
[0016]优选的，所述混合包括干法混合或湿法混合；
[0017]所述干法混合包括：先将第一组分和第二组分加入到混合机中，设定转速1000
‑
2500r/min，混合10分钟
‑
120分钟；
[0018]所述湿法混合包括：将溶剂加入到VC混合机中，然后将第一组分和第二组分加入到溶剂中，调节转速20
‑
800r/min，分散60
‑
360min；保证整体的固含量在40％
‑
90％，混合结束后，打开加热模块进行蒸发干燥；其中，所述溶剂包括水、乙醇、N
‑
甲基吡咯烷酮NMP中的一种。
[0019]优选的，所述包覆具体为：将Li
x
A
y
B
z
材料投入到高能砂磨机中，以乙醇做溶剂并加入分散剂，研磨到10nm
‑
700nm的粒径大小；
[0020]然后与混合体材料一起加入搅拌罐中，搅拌混合均匀并喷雾去除溶剂；
[0021]将得到的粉体进行超声震荡筛分去除未粘附到混合体材料表面的Li
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A
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材料，再将筛上物在200℃
‑
600℃下热处理1小时
‑
8小时，即得到耐低温的正极材料。
[0022]第三方面，本专利技术实施例提供了一种锂离子电池的正极极片，包括上述第一方面所述的耐低温正极材料。
[0023]第四方面，本专利技术实施例提供了一种锂离子电池，包括上述第三方面所述的正极极片。
[0024]本专利技术实施例提供的耐低温正极材料，具有内核和外层结构，且在内核的正极材料中均与嵌布固态电解质材料，其与外层的Li
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A
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包覆材料在电池充放电过程中发挥协同作用。因为低温下正极材料的锂离子扩散性能和表面活性都较低，而内嵌的固态电解质性能不受低温影响，可以在低温下发挥类似“传送带”的作用，在电势的作用下提供较高的锂离子扩散速率将内部锂离子快速输送到材料表面，包覆在表面的Li
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材料则能够提供较多的活性位点承接并传导内部输送出的锂离子，且释放自身含有的活性锂离子，从而使整个材料在低温下能保持较高的放电能力，且保持较高的放电电压及效率。且制备方法简单、对环境要求低、副反应少，适用于大规模生产。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例提供的耐低温正极材料的制备方法流程图；
[0026]图2为本专利技术实施例1低温正极材料的扫描电镜(SEM)图；
[0027]图3是本专利技术实施例1与对比例1的首周充放电曲线；
[0028]图4是本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐低温正极材料，其特征在于，所述耐低温正极材料包括内核和外层两层结构；所述内核包括第一组分和第二组分；所述第一组分为橄榄石结构正极材料，粒度大小为100nm
‑
30μm，所述第二组分为固态电解质材料，粒度大小为10nm
‑
2μm，所述第二组分均匀嵌布于第一组分中，形成粒度大小为100nm
‑
50μm的混合体材料；所述外层为Li
x
A
y
B
z
材料，其中A包括铜、铁、镍、锰、钒、碳、磷中的一种或多种，B包括N、O、F、S、Cl、Br中的一种或多种，且1≤x≤5，1≤y≤2.2；1≤z≤4；所述外层的Li
x
A
y
B
z
材料颗粒均匀的覆盖在所述混合体材料的表面，形成覆盖度为60％
‑
100％的包覆结构。2.根据权利要求1所述的耐低温正极材料，其特征在于，按照质量份数，第一组分：第二组分：外层的Li
x
A
y
B
z
材料＝[80％
‑
99％]:[0
‑
10％]:[0.2％
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10％]。3.根据权利要求1所述的耐低温正极材料，其特征在于，所述橄榄石结构正极材料包括磷酸锰锂、磷酸铁锂、磷酸铁锰锂材料中的任一种；所述固态电解质包括NASICON型固态电解质、LISCION固态电解质、石榴石型固态电解质或钙钛矿型固态电解质中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的耐低温正极材料，其特征在于，所述耐低温正极材料的颗粒大小为110nm
‑
60μm；形状为球形、椭球形、鹅卵石形或无规则形状中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的耐低温正极材料，其特征在于，所述耐低温正极材料在温度不低于
‑
40℃条件下的首周效率库伦效率≥90％。6.一种上述权利要求1
‑
5任一所述的耐低温正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：制备混合体材料；按质量份数称取第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：石永明，史晶，罗飞，
申请(专利权)人：溧阳天目先导电池材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：