[發明專利]介孔球型二氧化鈦包覆三元材料及其制備方法、鋰離子電池正極和鋰離子電池

有效

• 申請號: 202010140064.7
• 申請日: 2020-03-03
• 公開（公告）號: CN111342012B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 馮明燕;王宏棟
• 申請（專利權）人: 沁新集團（天津）新能源技術研究院有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M4/131;H01M10/0525
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 劉依云;喬雪微

本發明公開了一種介孔球型二氧化鈦包覆三元材料的制備方法、鋰離子電池正極和鋰離子電池，該制備方法包括以下步驟：步驟1，將三元材料分散到無水甲醇溶劑中；步驟2，向步驟1所得到的溶液中依次加入鈦酸酯類化合物和水并常溫攪拌；步驟3，將步驟2所得到的反應產物進行過濾，干燥，煅燒，得到介孔球型二氧化鈦包覆三元材料。本發明提供的鋰離子電池三元正極材料的表面包覆制備方法簡單，且可以顯著改善三元材料的循環穩定性和倍率性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池材料技術領域，具體涉及一種介孔球型二氧化鈦包覆三元材料及其制備方法、鋰離子電池正極和鋰離子電池。

背景技術

為滿足人們對鋰離子電池能量密度日益增長的要求，研發新型鋰離子電池正極材料受到越來越多的關注。目前，常用的鋰離子電池正極材料有LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂、LiFePO₄等，這些正極材料都有各自的優缺點，比如三元材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3雖然放電容量較高，但倍率性能差，且高電壓工作時循環穩定性差，表面結構不穩定，在充放電過程中容易受到電解液中氫氟酸的腐蝕，加速了鋰離子電池容量的衰減，而這些缺點同樣制約著鋰離子電池正極三元材料在市場上的更加廣泛的應用。

發明內容

針對三元材料的上述缺點，常規的改進方式是對材料進行表面包覆改性，此過程多數運用的是氧化物包覆，常規包覆的氧化物大多數都是納米粒子且是實心物，納米粒子比較容易發生團聚，容易影響電荷的傳輸和電解液的進入。

本發明的目的在于提供一種介孔球型二氧化鈦包覆三元材料的制備方法，側重于制備介孔球型二氧化鈦，無需高壓條件，不需要外來模板和任何的有機的或腐蝕性的添加劑，所以說此方法可以“綠色且安全”地合成介孔球型二氧化鈦，且介孔球型二氧化鈦有比較均勻的孔徑，孔徑分布在5-15nm。該方法能夠有效地在三元材料粉體表面形成均勻的二氧化鈦包覆層，并具有操作簡便、容易控制、成本低、適于工業化生產等優點；另外利用介孔協助電解液擴散、增大電極與電解液的接觸面積及減少鋰離子的擴散路徑等大大的提高了電池的性能。本發明的具體技術方案如下：

一種介孔球型二氧化鈦包覆三元材料的制備方法，該方法包括：

步驟1，將三元材料分散到溶劑中；

步驟2，向步驟1所得到的懸濁液中依次加入鈦酸酯類化合物和水并常溫攪拌；

步驟3，將步驟2所得到的反應產物進行過濾，干燥，煅燒，得到介孔球型二氧化鈦包覆三元材料。

優選地，所述三元材料的化學通式為Li₁Ni_xCo_yMn_(1-x-y)O₂，其中0≤x≤1,0≤y≤1。

在本發明中，對所述三元材料的來源沒有特別的限定，可以通過本領域常規的制備方法制得，也可以通過商購獲得。本發明優選采用市售的型號為523、型號811和型號622的鎳鈷錳三元材料。

優選的，所述鈦酸酯類化合物為鈦酸甲酯、鈦酸丁酯、鈦酸異丁酯和鈦酸異丙酯中的一種或多種。

優選地，所述溶劑為醇類溶劑，更優選地，所述醇類溶劑為無水乙醇、無水甲醇、無水異丙醇、無水正丁醇中的一種或者多種。

優選地，所述三元材料、所述溶劑與所述鈦酸酯類化合物的質量比為(0.5-10)：(5-50):1。

優選的，所述溶劑與所述水的質量比為(5-50)：1。

優選的，所述常溫攪拌的時間為12-24h，攪拌速度為120-200r/min。