[发明专利]一种钛包裹三元正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种钛包裹三元正极材料的制备方法，以氯化锂、氯化镍、氯化锰和氯化钴为原材料，以碳酸铵为沉淀剂形成金属碳酸盐沉淀，然后通过纳米二氧化钛密封加压反应和有机钛曝气与烧结反应，得到钛包裹的三元正极材料，最后在紫外活化下得到活性状态的钛包裹三元正极材料。本发明制备的三元正极材料具有充放电循环稳定、高温稳定、成本低、环境污染小等优势。

技术领域

本发明属于三元正极材料技术领域，具体涉及一种钛包裹三元正极材料的制备方法。

背景技术

锂镍钴锰三元正极材料由于具备高放电比容量、安全性好、价格低廉等优点得到了研究者广泛的关注。然而，锂镍钴锰三元正极材料与钴酸锂正极材料相比，前者由于具有较高含量的镍原子并占据锂原子的位置，导致表面存在较多的自由锂杂质，在高温条件下，锂杂质和电解液易发生反应而产生气体，导致锂离子电池胀气和变形，存在极大的安全隐患。同时，由于高价镍的存在，导致锂镍钴锰三元材料表层结构不稳定，在高电压充放电过程中容易受到电解液中氢氟酸(HF)的侵蚀，从而使得锂离子电池容量衰减较快，限制了锂离子电池在高电压下的使用。目前解决这些问题的主要方法是通过在锂镍钴锰三元正极材料表面包覆晶态的锂快离子导体来缓解过渡金属的溶出；同时可以减少HF对活性物质的腐蚀，从而有效提高锂离子电池的循环、高温存储和安全性能。但在锂镍钴锰三元正极材料表面包覆晶态的锂快离子导体，需要在高于750℃的温度下进行处理，在此高温下包覆时，表面的杂质锂含量会迅速升高，且容易破坏锂镍钴锰三元正极材料的结构，导致制备的锂离子电池在循环后期放电比容量出现迅速衰减。

发明内容

本发明的目的是提供一种钛包裹三元正极材料的制备方法，制备的三元正极材料具有充放电循环稳定、高温稳定、成本低、环境污染小等优势，。

本发明的技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种钛包裹三元正极材料的制备方法，其步骤如下：

步骤1，将氯化锂、氯化镍、氯化锰和氯化钴放入水溶液中，加入酸性剂与稳定剂，搅拌均匀后得到金属混合液；

步骤2，将碳酸铵缓慢加入至金属混合液中，同时进行微热反应，得到沉淀混合液；

步骤3，将沉淀混合液过滤后洗涤，烘干后得到混合金属沉淀物；

步骤4，将混合金属沉淀物与纳米二氧化钛混合搅拌，直至混合均匀后放入反应釜中密封加压反应3-8h，得到钛掺杂混合氧化金属；

步骤5，将混合氧化金属浸泡至钛酸正丁酯的醇液中，密封曝气反应1-2h后过滤得到有机钛包裹沉淀物；

步骤6，将有机钛包裹的沉淀物放入马弗炉中高温烧结3-6h，自然冷却后得到钛包裹三元正极材料初料；

步骤7，将初料放入紫外灯反应池中恒温光照3-12h，得到活化后的钛包裹三元正极材料。

所述步骤1中的氯化锂、氯化镍、氯化锰和氯化钴的摩尔量比例为3:1:1:1，所述稳定剂加入量是氯化镍的2-4%，所述酸性剂加入量是氯化镍摩尔量的2-5%，所述搅拌速度为1000-2000r/min；该步骤将三元正极材料的配方比例加入水中，并辅以酸性剂与稳定剂，形成均匀稳定的氯化金属盐溶液。

所述步骤1中的稳定剂采用乙酰丙酮，所述酸性剂采用氯化氢，所述氯化氢浓度为0.01-0.12mol/L，酸性剂采用氯化氢与金属盐一致，降低杂质阴离子的加入，同时也保证了酸性。

所述步骤2中的碳酸铵加入量是氯化镍摩尔量的4-6倍，所述微热反应温度为80-100℃，该步骤将碳酸铵作为沉淀剂，与金属离子形成碳酸盐沉淀，同时采用微热反应的方式将溶液中的氯化氢，多余的碳酸铵、铵离子转化为气体排出。

所述步骤3中的洗涤采用无水乙醇洗涤，烘干温度为60-70℃，采用无水乙醇洗涤能够快速溶解乙酰丙酮，同时利用其与水的互溶能够快速去除水分子。