[發明專利]一種制備鋰離子電池材料LiNi0.5Mn1.5-xTixO4的方法

無效

• 申請號: 201010188911.3
• 申請日: 2010-06-02
• 公開（公告）號: CN101908620A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 劉國強;田彥文
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: H01M4/1391
• 分類號: H01M4/1391;C01G53/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及鋰離子電池材料LiNi_0.5Mn_1.5-xTi_xO₄的制備方法。

背景技術：

鋰離子電池已經廣泛應用于移動電話、筆記本電腦、小型攝像機等便攜式電子設備中，即將在電動汽車、衛星及航天等地面與空間軍事等領域得到應用。

目前鋰離子電池存在的一個主要問題是功率仍然較小。現在鋰離子電池使用的正極材料主要有三種，即LiCoO₂、LiMn₂O₄和LiFePO₄，它們的工作電壓都在4.0V以下。尖晶石LiNi_0.5Mn_1.5-xTi_xO₄材料的工作電壓可以達到4.7V，可以制備高電壓鋰離子電池，提高電池的功率。摻雜的Ti元素將取代LiNi_0.5Mn_1.5O₄中Mn原子所占據的部分位置，不改變其晶體結構類型，但是可以使晶格常數增大；而且，添加的Ti元素與氧原子形成鍵能更強的Ti-O化學鍵，可以提高材料的結構穩定性，這些都可使其更有利于鋰離子的遷移，具有良好的充放電循環性能。正極材料的放電電壓提高，會提高電池的輸出功率，電池的應用領域將得到拓寬，比如，如果用在電動車上，那么所需要的串聯和并聯電池的數量比用普通的電池減少，為電池的維護和使用帶來很大的方便，會提高安全性能，降低成本。

目前，合成材料LiNi_0.5Mn_1.5-xTi_xO₄的方法主要包括固相反應法(J.H.Kim，S.T.Myung，C.S.Yoon，I.H.Oh?and?Y.K.Sun，J.Electrochem.Soc.151(2004)A1911)和前軀體法(R.Alca′ntara，M.Jaraba，P.Lavela，J.L.Tirado，Chem.Mater.15(2003)2376)，但是用這些方法合成的材料在高電流倍率情況下的放電容量低(1C倍率時低于100mAh/g)，而且這些反應過程較復雜，制備材料的成本相應較高。

發明內容：

本發明的目的是提供一種制備具有高倍率性能的高電壓鋰離子電池材料LiNi_0.5Mn_1.5-xTi_xO₄的方法。

本發明所提供的制備鋰離子電池材料LiNi_0.5Mn_1.5-xTi_xO₄的方法，包括如下步驟：1)按化學計量比將Li、Mn和Ni的乙酸鹽或硝酸鹽溶于去離子水，鋰鹽過量2％，將Ti(OCH₃)₄溶解于乙醇，將它們混合，攪拌，得到混合溶液；2)將所得溶液在70-90℃下蒸發，得到固體混合物；3)將所得到的固體混合物在800-950℃并通空氣條件下反應，時間為8-24小時，得到鋰離子電池材料LiNi_0.5Mn_1.5-xTi_xO₄。

在進行化學反應時，Mn和Ti的摩爾比不同，將會得到Ti含量不同的產物。將步驟1)所述Mn和Ti的摩爾比控制在1.35∶0.15-1.15∶0.35內，所得到的鋰離子電池材料LiNi_0.5Mn_1.5-xTi_xO₄具有較好的電化學性能，其中，Mn∶Ti的摩爾比優選為1.25∶0.25，此時所得鋰離子電池材料為LiNi_0.5Mn_1.25Ti_0.25O₄，該材料的電化學性能最好。

步驟2)所述蒸發溶液溫度一般可控制在70-90℃左右。

步驟3)所述反應溫度優選為880-920℃；反應時間為8-24小時，優選為10-15小時。

合成LiNi_0.5Mn_1.5-xTi_xO₄的反應過程如下：