[發明專利]一種偏鈦酸鋰包覆鎳鈷錳三元正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201910348912.0
• 申請日: 2019-04-28
• 公開（公告）號: CN110085831A
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 張大偉;劉星;蔣洋;楊慶春
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 盧敏

本發明公開了一種偏鈦酸鋰包覆鎳鈷錳三元正極材料及其制備方法，其是以鎳鈷錳三元正極材料作為內核，在內核的表面包覆有偏鈦酸鋰，并在包覆過程中添加螯合劑以促進包覆。本發明所得材料，尖晶石結構偏鈦酸鋰在鋰離子嵌入脫嵌過程中晶體結構能夠保持高度的穩定性，具有良好的循環壽命，有效避免了SEI膜的形成和金屬鋰沉積，而且Li₂TiO₃不僅能提高鋰離子的電導率，同時還能提高材料結構的穩定性，進而有利于提高材料的電化學性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術及電化學領域，具體涉及一種偏鈦酸鋰包覆鎳鈷錳三元正極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池是一種新型的化學電源，具有比能量高、功率密度高、循環壽命長、自放電小、性價比高等特點，被稱為“綠色環保電源”。鋰離子電池不僅在諸如手機等便攜式電子產品中得到廣泛應用，同時在電動車領域中也存在著廣闊的應用前景。在鋰離子電池飛速發展的過程中，正極材料是制約其大規模推廣以及應用甚至占領市場的瓶頸，所以在鋰離子電池商業化的進程中，最關鍵的也是具有決定性作用的是制得性價比優良的正極材料。目前使用的正極材料有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳(NCA)、鎳鈷錳(NCM)等材料。

現階段合成NCM的最常用方法是采用共沉淀法，其可根據實驗條件對產物的粒度、形貌等進行調控且設備簡單、操作容易。共沉淀法一般是先將鎳鹽、鈷鹽和錳鹽和絡合劑氨水，堿液NaOH并流加入到反應釜制備二價共沉淀前驅體,然后配鋰燒結。該方法制備的材料存在著可逆容量低、倍率性能差等缺點。

目前對材料進行包覆改性被認為是提高鋰離子電池正極材料電化學性能的有效手段。首先，包覆改性可以阻止活性物質與電解液接觸，抑制副反應的發生，提升正極材料的循環性能；其次，高電導率材料如碳包覆可以增加正極材料電子導電率，提升材料的倍率性能。

發明內容

針對鎳鈷錳三元材料的不足，本發明提出了一種偏鈦酸鋰包覆鎳鈷錳三元正極材料及其制備方法，旨在通過添加螯合劑促進偏鈦酸鋰包覆正極材料，以提高鎳鈷錳三元材料在鋰離子電池中的循環性能和容量保持率。

本發明為實現發明目的，采用如下技術方案：

一種偏鈦酸鋰包覆鎳鈷錳三元正極材料，其特點在于：是以鎳鈷錳三元正極材料作為內核，在所述內核的表面包覆有偏鈦酸鋰；所述鎳鈷錳三元正極材料的通式為LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂，其中0<x≤0.1、0<y≤0.1；所述偏鈦酸鋰為Li₂TiO₃。

優選的，在所述偏鈦酸鋰包覆鎳鈷錳三元正極材料中，偏鈦酸鋰的質量占0.5％。

本發明偏鈦酸鋰偏鈦酸鋰包覆鎳鉆錳三元正極材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將鎳鹽、鈷鹽和錳鹽溶于水中，充分攪拌混合均勻，得到混合溶液；

(2)將氫氧化鈉溶液、氨水溶液和步驟(1)得到的混合溶液通過蠕動泵加到四口燒瓶中，通過共沉淀反應獲得鎳鈷錳氫氧化物前驅體；

(3)將所述鎳鈷錳氫氧化物前驅體與鋰源混合均勻后，在通氧氣的管式爐中以2～5℃/min的升溫速率升溫至450～500℃，保溫5h，再以2～5℃/min的升溫速率升溫至750～850℃，保溫15h；隨爐冷卻后研磨過篩，得到鎳鈷錳鋰氧化物粉末LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂，即為鎳鈷錳三元正極材料；