本發明專利技術涉及一種偏鈦酸鋰包覆鋰離子電池富鋰層狀正極材料的制備方法，屬于無機材料技術領域。本發明專利技術方法通過簡單的共沉淀、水熱和高溫固相燒結反應制備出了偏鈦酸鋰包覆的富鋰層狀正極材料。本發明專利技術方法合成工藝簡單，生產效率高，適宜規模化生產。并且本發明專利技術方法反應物所需要的原料易得、無毒、成本低廉，生產過程無需特殊防護，反應條件容易控制，所得到的產物具有產量大、結果重復性好等優點。本發明專利技術方法制備的偏鈦酸鋰包覆的富鋰層狀正極材料相比于未包覆的材料，在電池比容量和倍率等電化學性能方面都有了很大的提高和改進。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種，屬于無機材料
。
技術介紹
化石資源短缺及環境污染問題使新能源成為世界各國競相發展的目標，新能源開發不僅與人們的生活息息相關，而且具有重要的戰略意義。在諸多新能源體系中，鋰離子二次電池與其它二次電池相比，具有能量密度高、放電電壓高、循環壽命長、無記憶效應等優點，已經在手機、筆記本電腦等領域得到廣泛應用，并且在電動汽車等領域也展現出了巨大的應用前景和市場潛力。鋰離子電池應用的迅猛發展，特別是在電動汽車領域，對電池材料的安全性、能量密度、功率密度、快速充放電性能、成本、使用壽命、環保等方面提出了更高的要求。續航里程短、充電速度慢、安全性差是目前制約電動汽車規?；瘧玫闹饕獑栴}，而這些問題都與動力電池密切相關。 當前幾種常用的正極材料可逆容量大約為150mAh/g，如鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料的實際比能量均低于180Wh/kg，且成本高、充放電速度不能過快。鋰離子電池發展的瓶頸在于正極材料，因此，高比容量正極材料的研制是至關重要的。富鋰層狀正極材料因具有理論容量高(300mAh/g)、原料價格低廉、環境友好等優點被認為是下一代鋰離子電池最具潛力的正極材料之一。但是，富鋰正極材料存在首次充放電不可逆容量損失大、平臺電壓持續降低、倍率性能差及循環穩定性差等問題，嚴重限制了其實際應用。目前改進的方法主要有包覆一些氧化物諸如Ti02等或者摻雜一些諸如T1、Cr等之類的金屬元素。
技術實現思路
本專利技術的目的是提出一種，對已有的鋰離子電池正極材料的制備工藝進行改進，以改善正極活性物質組裝的鋰離子電池的循環容量和倍率性能。 本專利技術提出的，包括以下步驟: (I)草酸鹽前驅體的制備: 按照摩爾配比將NiS04、MnS04溶于50ml水中，使金屬離子的摩爾濃度為2mol/L,得到金屬離子混合溶液，再配置摩爾濃度為2mol/L的NaC204溶液50mL，磁力攪拌下將NaC204溶液加入到金屬離子混合溶液中，產生沉淀，攪拌2小時后，離心分離，分別用去離子水及無水乙醇清洗2次，置于70°C烘箱中干燥12小時，得到草酸鹽前驅體； (2) Τ?02包覆草酸鹽前驅體的制備: 將上述得到的草酸鹽1.2mmol分散在13ml無水乙醇中，攪拌并超聲分散，按照T1: (Ni+Mn) = 3:100的比例，加入質量百分比濃度為10% wt的Ti (0C4H9) 4的無水乙醇溶液，攪拌分散均勻，得到混合液，然后將該混合液轉入徹底干燥的聚四氟乙烯內襯的水熱釜中，在150?180°C下處理5?12小時，自然冷卻后，離心洗滌，將離心洗滌得到的沉淀物在80°C下干燥12小時，得到Ti02包覆草酸鹽前驅體； (3)偏鈦酸鋰包覆 xLi2Mn03.(l_x) LiN1.5ΜηΟ.502 (O < χ < I)的制備: 按照L1: (Ni+Mn) = (106+100x)/103:1的摩爾比例，將上述制備的草酸鹽前驅體與L1H.Η20研磨并混勻，置于馬弗爐中，以3?5°C /min的升溫速率，在700?1000°C下處理12?24小時，自然冷卻至室溫，得到偏鈦酸鋰包覆鋰離子電池富鋰層狀正極材料。 本專利技術提出的一種，其優點是:本專利技術方法通過簡單的共沉淀和高溫固相燒結反應制備出了偏鈦酸鋰包覆的富鋰層狀正極材料。本專利技術方法合成工藝簡單，生產效率高，適宜規?；a。并且本專利技術方法反應物所需要的原料易得、無毒、成本低廉，生產過程無需特殊防護，反應條件容易控制，所得到的產物具有產量大、結果重復性好等優點。本專利技術方法制備的偏鈦酸鋰包覆的富鋰層狀正極材料，與已有的沒有包覆的材料相比，在電池比容量和倍率等電池性能方面都有了很大的提聞和改進。 【附圖說明】 圖1為本專利技術方法制備的偏鈦酸鋰包覆富鋰層狀正極材料的X射線衍射圖。 圖2為偏鈦酸鋰包覆的富鋰層狀正極材料與未包覆的富鋰層狀正極材料的電池放電比容量循環對比圖。 圖3為偏鈦酸鋰包覆的富鋰材料與未包覆的富鋰層狀正極材料在不同倍率下的放電比容量循環對比圖。 【具體實施方式】 本專利技術提出的，包括以下步驟: (I)草酸鹽前驅體的制備: 按照摩爾配比將NiS04、MnS04溶于50ml水中，使金屬離子的摩爾濃度為2mol/L,得到金屬離子混合溶液，再配置摩爾濃度為2mol/L的NaC204溶液50mL，磁力攪拌下將NaC204溶液加入到金屬離子混合溶液中，產生沉淀，攪拌2小時后，離心分離，分別用去離子水及無水乙醇清洗2次，置于70°C烘箱中干燥12小時，得到草酸鹽前驅體； (2) Ti02包覆草酸鹽前驅體的制備: 將上述得到的草酸鹽1.2mmol分散在13ml無水乙醇中，攪拌并超聲分散，按照T1: (Ni+Mn) = 3:100的比例，加入質量百分比濃度為10% wt的Ti (0C4H9) 4的無水乙醇溶液，攪拌分散均勻，得到混合液，然后將該混合液轉入徹底干燥的聚四氟乙烯內襯的水熱釜中，在150?180°C下處理5?12小時，自然冷卻后，離心洗滌，將離心洗滌得到的沉淀物在80°C下干燥12小時，得到Ti02包覆草酸鹽前驅體； (3)偏鈦酸鋰包覆 xLi2Mn03.(l_x) LiN1.5ΜηΟ.502 (O < χ < I)的制備: 按照L1: (Ni+Mn) = (106+100x)/103:1的摩爾比例，將上述制備的草酸鹽前驅體與L1H.Η20研磨并混勻，置于馬弗爐中，以3?5°C /min的升溫速率，在700?1000°C下處理12?24小時，自然冷卻至室溫，得到偏鈦酸鋰包覆鋰離子電池富鋰層狀正極材料。 下面介紹本專利技術方法的實施例: 實施例一: (I)草酸鹽前驅體的制備:按照摩爾配比將NiS04、MnS04溶于50ml水中，保持金屬離子濃度2mol/L，再配置2mol/L的NaC204溶液50mL，磁力攪拌下將NaC204溶液加入金屬離子混合溶液中，立即產生大量沉淀，攪拌2小時后，離心分離，分別用去離子水及無水乙醇清洗2次，置于70度烘箱中干燥12小時，即得到草酸鹽前驅體； (2)Ti02包覆草酸鹽前驅體的合成:稱取上述得到的草酸鹽1.2mmol分散在13ml無水乙醇中，攪拌并超聲分散。按照T1: (Ni+Mn) = 3:100的比例，加入濃度為10% wt的Ti(0C4H9)4的無水乙醇溶液，攪拌分散均勻。然后將混合液轉入徹底干燥的聚四氟乙烯內襯的水熱釜中，在180攝氏度下處理5小時，自然冷卻后，離心洗滌80度干燥。 (3)偏鈦酸鋰包覆0.3Li2Mn03.0.7LiN1.5Mn0.502的制備:按照摩爾配比將上述制備的草酸鹽前驅體與L1H.H20研磨混勻，置于馬弗爐中，以5°C /min的升溫速率，在800°C下處理12小時，自然冷卻至室溫后即可得到偏鈦酸鋰包覆鋰離子電池富鋰層狀正極材料。 所得偏鈦酸鋰包覆富鋰層狀正極材料表征:所得偏鈦酸鋰包覆富鋰層狀正極材料經過X射線衍射儀分析可得為純相的固溶體，如圖1所示。在20mA/g的放電電流密度下對偏鈦酸鋰包覆的富鋰材料進行電池性能測試，充放電循環30圈，與未包覆的富鋰材料對It,如圖2所示電池放電比容量明顯提高。在40mA/g,8本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種偏鈦酸鋰包覆鋰離子電池富鋰層狀正極材料的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟：(1)草酸鹽前驅體的制備：按照摩爾配比將NiSO4、MnSO4溶于50ml水中，使金屬離子的摩爾濃度為2mol/L，得到金屬離子混合溶液，再配置摩爾濃度為2mol/L的NaC2O4溶液50mL，磁力攪拌下將NaC2O4溶液加入到金屬離子混合溶液中，產生沉淀，攪拌2小時后，離心分離，分別用去離子水及無水乙醇清洗2次，置于70℃烘箱中干燥12小時，得到草酸鹽前驅體；(2)TiO2包覆草酸鹽前驅體的制備：將上述得到的草酸鹽1.2mmol分散在13ml無水乙醇中，攪拌并超聲分散，按照Ti:(Ni+Mn)＝3:100的比例，加入質量百分比濃度為10％wt的Ti(OC4H9)4的無水乙醇溶液，攪拌分散均勻，得到混合液，然后將該混合液轉入徹底干燥的聚四氟乙烯內襯的水熱釜中，在150～180℃下處理5～12小時，自然冷卻后，離心洗滌，將離心洗滌得到的沉淀物在80℃下干燥12小時，得到TiO2包覆草酸鹽前驅體；(3)偏鈦酸鋰包覆xLi2MnO3·(1?x)LiNi0.5Mn0.5O2(0＜x＜1)的制備：按照Li:(Ni+Mn)＝(106+100x)/103:1的摩爾比例,將上述制備的草酸鹽前驅體與LiOH·H2O研磨并混勻，置于馬弗爐中，以3～5℃/min的升溫速率，在700～1000℃下處理12～24小時，自然冷卻至室溫，得到偏鈦酸鋰包覆鋰離子電池富鋰層狀正極材料。...
【技術特征摘要】
1.一種偏鈦酸鋰包覆鋰離子電池富鋰層狀正極材料的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟: (1)草酸鹽前驅體的制備: 按照摩爾配比將NiS04、MnSO4溶于50ml水中，使金屬離子的摩爾濃度為2mol/L，得到金屬離子混合溶液，再配置摩爾濃度為2mol/L的NaC2O4溶液50mL，磁力攪拌下將NaC2O4溶液加入到金屬離子混合溶液中，產生沉淀，攪拌2小時后，離心分離，分別用去離子水及無水乙醇清洗2次，置于70°C烘箱中干燥12小時，得到草酸鹽前驅體； (2)T12包覆草酸鹽前驅體的制備: 將上述得到的草酸鹽1.2mmol分散在13ml無水乙醇中，攪拌并超聲分散，按照T1: (Ni+Mn) = 3:100的比例，加入質量百分比濃度為10% w...
【專利技術屬性】
技術研發人員：肖小玲，劉向峰，趙恩岳，胡中波，
申請(專利權)人：中國科學院大學，
類型：發明
國別省市：北京;11
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