[发明专利]一种氧化钛包覆的多元正极材料的制备方法

说明书

所属技术领域

本发明涉一种氧化钛包覆的多元正极材料的制备方法。 

背景技术

当代社会飞速发展，信息及电子设备的突飞猛进得益于锂离子二次电池技术的快速跟进。锂离子二次电池具有能量密度大、工作电压高、循环性能好、自放电小、体积小等特点，能够在移动通信设备、小型电子产品、航空航天及生物医药等领域得到广泛的应用。 

锂离子电池主要由正极材料、隔膜、负极材料和电解液组成，现有商业化锂离子电池之所以具有突出的能量优势，主要得益于其负极材料(LiC₆/C)低电位和高容量的优点，负极的低电位使正极材料的高电压得到完全发挥，同时，负极远高于正极的容量也使正极材料成为制约锂离子电池整体性能进一步提高的重要因素。因此，正极材料的研究受到越来越多的重视。近年来，层状锂离子电池正极材料是领域内研究的热点。在现有层状锂离子电池正极材料中，LiCoO₂已在小型电池中得到广泛应用，但因过充限制，其比能量远没达到理论容量，且受到钴资源的制约；层状LiMnO₂有很高的嵌锂容量，但循环充放电过程中晶体结构易发生塌陷，导致容量下降，循环性能变差；LiNiO₂则合成困难，过充安全性差。因此，从资源、环保及安全性能方面寻找锂离子电池的理想电极活性材料成为国际化学电源界的热点。 

为了追求更高的容量，大家把目光转向高镍非对称型氧化镍钴锰锂材料，该材料具有与LiCoO₂一样稳定的晶体结构，而且具有价格低、毒性小，储能大(可逆容量达到180mAh/g-200mAh/g)等特点，在未来几年拥有更广阔的市场前景。然而，高镍非对称型氧化镍钴锰锂材料中的镍含量较高，材料表面的镍易吸水，在电池充放电过程中易分解， 发生歧化反应，造成电池循环性能下降。 

发明内容

本发明提供一种氧化钛包覆的多元正极材料的制备方法，使用该方法制备的正极材料，具有较高的能量密度和良好的循环稳定性。 

为了实现上述目的，本发明提供的一种氧化钛包覆的多元正极材料的制备方法，该多元正极材料包括核心活性材料和包覆材料，其中该核心活性材料具备如下化学式LiNi_1-x-y-zCo_xAl_yTb_zO₂，其中x＝0.12-0.16，y＝0.15-0.18，z＝0.03-0.05，该方法包括如下步骤： 

(1)制备核心活性材料前躯体 

分别配制：浓度为4-6mol/L的氢氧化钠溶液，浓度为2-4mol/L的乙二醇络合溶液，金属离子浓度为1-2mol/L的Ni、Co、Al与Tb混合盐溶液，其中Ni、Co、Al与Tb的摩尔比为1-x-y：x：y：z； 

然后将上述氢氧化钠、乙二醇络合溶液、混合盐溶液分别以10-50L/h、2-5L/h、15-60L/h的流速连续加入到反应釜中，连续搅拌，控制反应温度为65-75℃，反应体系pH值控制为10-12，搅拌速度为500-700rpm，进行化学沉淀和晶体生长； 

当氢氧化物前驱体粒度达到10-15μm时，将上述三种溶液的流速分别调整到原来速度的2-3倍、1-2倍、0.5-1倍，其它条件不变，时间持续1-2h，之后再将速度调整到原来的添加速度，再持续2-3h后停止反应； 

合成出来的颗粒物过滤、洗涤、干燥，得到核心活性材料前躯体粉体Ni_1-x-y-zCo_xAl_yTb_z(OH)₂； 

(2)固相烧结发制备核心活性材料 

将干燥后的上述前躯体粉体与碳酸锂按摩尔比1：1球磨混合后，在180-250℃条件下喷雾干燥混合，得到前驱体混合物将前驱体混合物以10-15℃/min的升温速率，在1000-1200℃条件下，烧结6-10h，以5-10℃/min降温速度冷却至室温，得到核心活性材料LiNi_1-x-y-zCo_xAl_yTb_zO₂； 

(3)包覆氧化钛