[發(fā)明專利]一種含鎳鈦錳的固溶體材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210568079.9
• 申請(qǐng)日: 2012-12-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103904309B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王曉清;楊建英;殷昊曦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/48
• 分類號(hào): H01M4/48;H01M4/52
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種固溶體鋰離子電池用正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池是繼鉛酸電池、鎳鎘電池以及鎳氫電池之后新一代二次電池。在全球面臨石油資源的持續(xù)緊缺和環(huán)境不斷惡化的今天，鋰離子電池由于具有容量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)，自放電小，無(wú)記憶效應(yīng)，無(wú)環(huán)境污染和安全性能好等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為高新技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)之一，被認(rèn)為是高容量、大功率電池的理想之選，是21世紀(jì)的環(huán)保電源。可充電鋰離子電池自1990年開(kāi)始商業(yè)化以來(lái)，其應(yīng)用范圍被不斷拓展，從移動(dòng)電話、筆記本電腦等便攜式電子設(shè)備領(lǐng)域到電動(dòng)汽車以及未來(lái)的航空航天、人造衛(wèi)星等諸多領(lǐng)域都將得到廣泛應(yīng)用。目前，人們已經(jīng)開(kāi)始致力于研究新型的可充電鋰離子電池，可供混合動(dòng)力電動(dòng)汽車、可充電混合動(dòng)力車和純電動(dòng)車輛等交通工具使用，從而減少對(duì)石油的依賴和緩解空氣污染。要滿足這種應(yīng)用，鋰離子電池須具備高的功率密度、高的能量密度、好的循環(huán)性能和熱穩(wěn)定性。從根本上講，正極材料作為鋰離子電池的最重要組成部分，是鋰離子儲(chǔ)能器件發(fā)展的關(guān)鍵。固溶體材料鋰離子正極材料是目前的研究熱點(diǎn)。但是一般的固溶體材料熱穩(wěn)定性差，用于大型鋰離子電池安全問(wèn)題成為隱患，無(wú)法正常使用于大型的動(dòng)力電池中，這嚴(yán)重制約了固溶體材料的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決固溶體材料的熱穩(wěn)定性問(wèn)題，我們發(fā)明了一種新型固溶體材料0.4NiO-0.6Li₂Ti_1-xMn_xO₃其中，0.3≤x≤0.8，該材料展示出了很好的電化學(xué)性能和高的循環(huán)穩(wěn)定性。我們認(rèn)為這種固溶體材料具有：(1)材料有一個(gè)穩(wěn)定的電化學(xué)惰性Li₂TiO₃類似的框架結(jié)構(gòu)；(2)Mn的摻雜加固了材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；(3)材料形成了納米尺寸顆粒。這些原因的共同作用，提高了固溶體材料的熱穩(wěn)定性，增加了該種材料商業(yè)化的可能。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明涉及到的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明一種用于鋰離子電池正極材料的巖鹽結(jié)構(gòu)的固溶體材料，具有以下分子式組成：0.4NiO-0.6Li₂Ti_1-xMn_xO₃其中，0.3≤x≤0.8。

本發(fā)明一種用于鋰離子電池正極材料的巖鹽結(jié)構(gòu)固溶體材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)將鎳鹽，錳鹽和鋰鹽的可溶性鹽溶于去離子水中，按金屬離子總量與絡(luò)合劑的摩爾比為1∶1加入絡(luò)合劑，再滴加入鈦鹽，使鎳鹽、鈦鹽、鋰鹽和錳鹽的摩爾比為0.4∶0.6(1-x)∶1.2∶0.6x，其中0.3≤x≤0.8，攪拌使其充分混勻后，將其放入70℃的水浴鍋中，緩慢攪拌蒸干水分，形成干凝膠；將干凝膠在空氣中陳化20h，隨后放在烘箱中110℃下干燥12h，取出后研磨成粉末成為該材料前驅(qū)體。

(2)將制得的前驅(qū)體先于400℃預(yù)燒4h，冷卻后研磨，再在700℃下煅燒10h，待材料冷卻后經(jīng)研磨、過(guò)篩得到固溶體材料0.4NiO-0.6Li₂Ti_1-xMn_xO₃，其中，0.3≤x≤0.8

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明制備的固溶體材料結(jié)構(gòu)為無(wú)序的巖鹽結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使固溶體材料的熱穩(wěn)定性有了極大的提高。并且由于該材料造成本低廉，制造工藝可重復(fù)性高，批次穩(wěn)定性好，可以滿足市場(chǎng)上對(duì)固溶體材料安全性的需求。

附圖說(shuō)明

圖1實(shí)施例1的XRD圖

圖2實(shí)施例1的首次充放電曲線

圖3實(shí)施例1的放電循環(huán)曲線

圖4實(shí)施例1的首次充電后的DSC曲線

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)實(shí)施例講述本發(fā)明的詳細(xì)過(guò)程，提供實(shí)施例是為了理解的方便，絕不是限制本發(fā)明。

實(shí)施例1：