[發明專利]一種鎳鈦錳基鋰離子電池正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710695203.0
• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN107644984A
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 朱偉;趙宇翔;張小洪;趙朔;李龍
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 重慶大學專利中心50201
• 代理人: 王翔

技術領域

本發明涉及鋰離子電池，具體是一種鎳鈦錳基鋰離子電池正極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池(LIB)由于能量密度高，循環壽命長，環境友好等優點，已廣泛應用于移動電子，電動汽車(EV)等各種設備的電源。特別是鋰離子電池作為新能源汽車的核心部件之一，正受到越來越多的關注。而鋰離子電池正極材料作為鋰離子電池中的關鍵材料之一，占整個電池成本的比重較大，是影響鋰離子電池成本的重要因素。

目前市場上主流的三元材料如LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂、LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂、LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂等都含有大量的鈷。由于鈷元素豐度低、資源較少，價格較高，成為影響鋰離子電池成本的重要因素之一，大大影響了鋰離子電池的大規模應用。

降低鋰離子電池的正極成本，選用元素豐度高，價格低，同時又能大大改善材料循環穩定性的元素，有利于鋰離子電池更廣泛的應用。

發明內容

本發明的目的是解決現有技術中存在的問題，公開一種鎳鈦錳基鋰離子電池正極材料及其制備方法；

為實現本發明目的而采用的技術方案是這樣的，一種鎳鈦錳基鋰離子電池正極材料，其特征在于：所述正極材料的化學通式為LiNi_1-x-y-zTi_xMn_yM_zO₂；

其中：0.025≦x﹤0.2，0≦y﹤0.4，0≦z﹤0.05；

Ni組分的摩爾比為0.6～0.9，

M為Co、Cr、Nd、Fe、Cu中的一種或者幾種。

一種鎳鈦錳基鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)共沉積反應制備鎳鈦錳前驅體

1.1)在反應釜裝置中，將去離子水作為反應底液，將TiO₂或H₂TiO₃在反應底液中分散均勻，得到混合物A；

所述去離子水與TiO₂或H₂TiO₃的物質的量比范圍為5︰1～10︰1；

1.2)在水中加入Ni和Mn的可溶性金屬鹽，溶解后得到混合溶液B；

所述可溶性金屬鹽包括硫酸鹽、硝酸鹽或氯化鹽；

所述Ni、Mn的物質的量之和與水的物質的量之比為1︰50～1︰100；

1.3)將沉淀劑和絡合劑混合，得到混合溶液C；

所述沉淀劑為氫氧化鈉溶液；

所述氫氧化鈉溶液的濃度范圍為0.5～7.5mol/L；

所述絡合劑包括氨水、碳酸氫銨、碳酸銨、檸檬酸或乙二胺四乙酸二鈉中的一種或幾種；

所述沉淀劑和絡合劑的摩爾比范圍為1︰0.5～1︰2；

所述混合溶液B中Ni和Mn的物質量之和與所述沉淀劑中氫氧化鈉的物質的量的比例為1︰2；

1.4)將步驟1.2)中得到的混合溶液B和步驟1.3)中得到的混合溶液C并滴到步驟1.1)得到的的混合物A中，在加熱和保護氣體的條件下，進行共沉積反應，得到前驅體產物；

所述步驟1.1)中的Ti、步驟1.2)中的Ni和Mn的比例按照通式LiNi_1-x-y-zTi_xMn_yM_zO₂計算，其中：0.025≦x﹤0.2，0≦y﹤0.4，0≦z﹤0.05；Ni組分的摩爾比為0.6～0.9；

所述加熱溫度范圍為40～80℃；

所述保護氣體包括Ar或N₂中的一種；

所述反應時間為10～12h；所述反應過程中的pH范圍為10.5～12.5；

1.5)將步驟1.4)中得到的前驅體產物進行過濾、清洗后，得到鎳鈦錳前驅體；

2)將步驟1.5)中得到的鎳鈦錳前驅體進行烘干、過篩后，與鋰源和M按化學計量比充分攪拌混合，將得到的混合物裝缽，在氧氣氣氛下高溫燒結、破碎、過篩、通氣干燥后得到鎳鈦錳基鋰離子電池正極材料；

所述M為Co、Cr、Nd、Fe、Cu中的一種或者幾種；